叶片揭秘西门子风力发电集团业绩卓著，称雄市场的海上风力发电机只是其中一个例子。在丹麦，西门子风电公司运用独特的成型工艺，生产出长达 52 米的叶片。同时，该公司还生产容量（高达3.6兆瓦）的量产化风力发电机。

成品叶片准备启运

乌云沉沉，寒风冽冽，北海之上，波涛滚滚。对大部分人而言，这样的天气再糟糕不过。不过，对西门子发电集团 (PG) 风电公司叶片研发主管 Claus Burchardt 先生来说，这却是的天气。他说：“在我们看来，狂风才是好天气。没有狂风，我们上哪儿去找客户呢？”

此时此刻，Burchardt先生并不是站在海边，而是坐在丹麦第三大城市奥尔堡市郊一间不大的办公室里。西门子风电公司拥有员工 5,500 人，Burchardt 与他们齐心协力，建造大型风力发电设备，每台风力发电机生产的电力能够在30秒内将满满一浴缸的冰水烧沸。其实，这样一台风力发电机的个别组件体积非常庞大，出于运输考虑，有些部件在远离丹麦的地方制造。例如于2007年9月在美国爱荷华州麦迪逊堡落成开工的一个新的叶片工厂。在工厂选址问题上，当地的基础设施也起着至关重要的作用。比如，之所以将厂址选在奥尔堡，是因为此处毗邻海港，码头完全有能力运输长度超过 50 米的大型叶片。

新的叶片正在制造中（右图）。在这里，大型模具正在从制成叶片（左）上移除（中图）。

Burchardt说：“在奥尔堡，我们生产的叶片有些甚至重达16 吨，那么如何确保全部产品能够达到较高，使其性能达到我们的既定要求，在20年的寿命周期内能够可靠运行，而无需进行更换和调整，是一个巨大的挑战。”为实现这一目标，这些叶片——尽管它们外形巨大，强度很高，必须具备完美的流线外形，即使的角度也要计算。而重中之重则是，产品一定要能经久耐用。之所以提出这个要求，是因为大多数叶片将用于海上风电场，而海上风电场的维修和更换成本非常高。Burchardt先生介绍说：“制造商在海上对叶片进行维修的费用比岸上高出近十倍。通常情况下，风力以每秒 10 米的速度“冲击”轮机，也就是说每秒钟有 100 吨空气穿过叶片。因此，叶片必须结实耐用！”

面对上述极为苛刻的生产要求，很多制造商望而却步，纷纷放弃海上风力发电机生产。然而，西门子却逐步发展成为有经验的、同时也是容量的海上风力发电机供应商。

叶片烘烤。在长约 250 米的奥尔堡设备生产大厅里，放置着许多巨大的叶片状模具，它们就像烤蛋糕用的平底锅，有的在地板上排开，有的则从天花板上吊下来。大厅内没有一丝化学材料的气味，绝大部分工人也不必穿戴特殊防护服。Burchardt说：“几年之前，我们开发出一种新工艺，将叶片作为一个整体进行加工。这种整体叶片工艺，或者叫成型工艺，让我们告别了粘合剂。这样，工人们再也不用担心有毒气体的侵袭。同时，车间里再也无需堆满杂乱的零部件，终产品叶片采用一个铸模生产，叶片上不会有任何接缝，相比于其他叶片，它的强度得以大大提高。”

在大厅的另一端，Burchardt 在一件叶片模具前停了下来。一位员工正在往模具里添加一段一段看似白色织品的东西。这种材料好像精心编织的地毯，但手感却像是塑料。Burchardt 解释道：“这是玻璃纤维。一旦在其中注入环氧树脂，就会变成纤维增强塑料复合材料。和竞争对手的产品相比，我们的叶片中不含任何聚氯乙烯和二恶英。这意味着什么呢？20年的使用寿命过后，你完全不必为叶片的处置而发愁，因为它是用可循环利用的玻璃纤维制成的。”

使用一项已获的工艺，叶片作为一个整体进行烘烤，上面没有一个接缝。

这么不起眼的材料，竟能使叶片如此结实？Burchardt说：“模具里填充了一层一层的玻璃纤维。45 米长的叶片里就有 7 吨玻璃纤维，而 52 米长的叶片里更是填充了 12 吨。为提高叶片硬度，我们还在每两层纤维之间加入一层木头。”他向我们展示了模具中的玻璃纤维和木料，一层一层排得十分整齐。他接着说：“叶片的另一面是用同样的材料制成的，两个部分会组成一体。在组装时，我们不使用粘合剂，而是在叶片内部装入许多充气的袋子，然后注入数吨液态环氧树脂。这些液体可以在袋子和玻璃纤维之间的空隙自由流动，从而成功实现叶片两个部分的结合。一道工序是将整个叶片在 70 °C 的温度下烘烤 8 个小时。”

正说着，只见一个模具从顶棚缓缓降下，将一只叶片的两面装配在一起，上面没有一个接缝。直到这时，模具后面那巨大设备的形状才清晰起来。在闭合状态下，模具的作用就像是配有烤箱的烤蛋糕平底锅，注入环氧树脂之后，模具受热将叶片烘烤成一个结实的整体。而叶片内部的充气袋不受热量的影响，可以起到支撑作用，从而保证叶片在生产过程中不致受损。“使用这种工艺，整个叶片的加工，从步到一步只需短短 48 个小时，不像以往那样动辄需要好几天时间。”Burchardt 自豪地说，“天，填充玻璃纤维，第二天，注入环氧树脂并烘烤。完成之后，进行叶片调试，涂成白色。整个工序既需要高科技的帮助，也离不开工人娴熟的技能，每个叶片都是这二者的完美结晶。”叶片成品出厂后，通过卡车或轮船，运至世界各地的客户，其中包括远在美国和日本的客户。

振动试验结果满意。产品交付之前，叶片样品要通过一系列静载和动载试验。首先，它们要接受相当于其工作负荷 1.3 倍的负荷的考验。接着，为模拟 20 年材料疲劳期，它们将被置于一种特制的试验台上，使其振动约 200 万次，，再用静载试验对其耐力进行测试。

海上安装之前（下图），Henrik Stiesdal（右图）要确保一切正常，包括风力发电机组装（中图）和终的耐久性试验（左图）。

在奥尔堡以南约 150 公里外，有一座拥有6,000 居民的小镇 Brande。小镇上，有2,700 名西门子员工在生产风电装置的部分：轮舱（外罩）。行走在丹麦乡村，穿过田野，越过农场，看到一台台风力发电机，我不禁要问，丹麦拥有多达 3,500台风力发电机，为什么全世界的风电装置生产商都集中在这里呢？

“这是有历史渊源的。” 设在Brande的西门子风电公司技术官 Henrik Stiesdal 说道，“它始于 1973 至 1974 年的能源危机。当时，为减少对石油的依赖，丹麦探讨了修建核电站的可行性。结果，一批才华出众的工程师设计出了台风力发电机。二十世纪八十年代中期，很多国家开始对风力发电实施税收鼓励政策，使之成为一个收益颇丰的产业。而丹麦以其先进的技术，是拥有制造性能的风力发电机的技术和知识的国家。自那时起，丹麦的风电产业一直持续繁荣至今。”

尽管窗外天气不错——当然，是从丹麦人的视角来看，不过 Stiesdal 显然还是更喜欢待在自己舒适的办公室里。他从抽屉里取出一张风能技术年表放在桌上。“二十世纪八十年代初期，我们生产了台风力发电机，那时，它的发电量只有 22 千瓦。此后大约每过四年，我们产品的容量就能增加一倍。而的设备发电量可达 2.3 兆瓦和 3.6 兆瓦，比起当初又何止百倍。即使目前，小型风电设备仍占我们业务的80%左右。”

Stiesdal指着一幅大型欧洲地图说：“近我们完成了世界上的海上风电项目之一——英国的Lynn和Inner Dowsing 风电场。该项目包括位于林肯郡海岸Skegness以东约5公里处的两个毗邻的风电场。目前它们的总装机容量已达194兆瓦，预计提供的电能可满足13万以上家庭住户每年的用电需求。”

台风力发电机的装机容量为 22 千瓦，还不到今天的百分之一。

言谈之间Stiesdal的双眸熠熠放光。“到2009年10月，西门子在各地安装的风力发电机的数量已经超过8,100台，总装机容量约为9,600兆瓦。这足够生产250亿度电能——约占丹麦总用电量（约360亿度电）的70%。例如，我们位于丹麦第四大海岛洛兰岛南海岸的165兆瓦Nysted海上风电场生产的电力，足以满足我的家乡欧登塞及其185,000位居民的用电需求，包括家庭、工厂、街道照明用电。”说完，他走进了一个生产轮机的大厅。

500 吨的庞然大物。在我们眼前，排列着一个个巨型金属舱，每个舱内装有一台 2.3 兆瓦的发电机。我们走到一台圆形舱的跟前。轮舱的两端都是打开的，可以看到其内部构造。“现在我们面前的是驱动轴，转子和三只叶片从外部安装到这个轴上。海上风电场的轮机是在海上安装的。

塔架的装配是在岸上完成的。运载塔架、轮舱和叶片时，我们使用一艘特制的装有起重机的轮船到达海上作业点。不到一天，就可完成一台重达 500吨的轮机的安装。转子一旦开始运转，其机械运动由传动轴传输到传动单元。传动单元再依风力大小，将转矩输送到发电机，产出电能。”

Stiesdal业余时间喜欢航海。他指出，这种功率级的系统需要的不仅仅是机械部件。“今天，生产这样一台2.3 兆瓦的轮机，需要多种级别的处理器和电子装置。看似易如反掌，可如果你想进一步了解它，就会愈加体会到它的复杂性。”这一点尤其适用于其产品 3.6 兆瓦轮机。在揭开这个庞然大物的庐山真面目之前，要经过堆放区。那里就像是儿童的玩具箱，风力发电机所需的所有零部件都整齐地堆放着，等待着安装。堆放区的左侧，是巨型的钢制前段锥体，将用于装饰轮机外罩；中间是机械舱；右侧是大型转轴，每个重约35 吨。奥尔堡出产的叶片直接运送至安装场地。塔架高达 120 米，其部件来自于丹麦、德国、美国、韩国等地的外部供应商，具体取决于风电场的位置。

进入生产大厅，一眼就能看到 3.6 兆瓦轮机的白色轮舱。与它的“小兄弟们”不同的是，其外形棱角分明，体积也比它们大，长 13米、宽 4 米、高 4 米。爬上梯子才能看清其内部结构。其内部分为两层，里边布满各种器械，好似一座小房子。“这台轮机里的器械比其他轮机的要大一些。”Stiesdal轻描淡写地说道，“不过，我们正在研制更大的产品。我可以告诉你，不久之后，就可以在我们的轮机上看到超过60 米长的叶片。” Sebastian Webel