國(guó)內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展?fàn)顩r及市場(chǎng)前景

劉曉慶， 楊士俠

（1.太原重工齒輪傳動(dòng)分公司， 山西 太原 030024； 2.太原普萊設(shè)工程技術(shù)有限公司， 山西 太原030024）

國(guó)內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展?fàn)顩r及市場(chǎng)前景

劉曉慶1， 楊士俠2

（1.太原重工齒輪傳動(dòng)分公司， 山西 太原 030024； 2.太原普萊設(shè)工程技術(shù)有限公司， 山西 太原030024）

主要針對(duì)國(guó)內(nèi)的風(fēng)電齒輪箱發(fā)展?fàn)顩r，分析現(xiàn)階段增速器發(fā)展的主流機(jī)型以及舊機(jī)型的運(yùn)維發(fā)展，提出目前低風(fēng)速大葉片齒輪箱存在的問(wèn)題，并根據(jù)增速器的發(fā)展，提出海上風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展前景。

風(fēng)力發(fā)電機(jī) 齒輪箱 低風(fēng)速 海上風(fēng)電

1 齒輪箱的作用和結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電作為一種高效、安全的清潔能源，已經(jīng)在我國(guó)被普遍采用，在高海拔與平原地區(qū)，大型風(fēng)機(jī)設(shè)備隨處可見(jiàn)。

齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的重要機(jī)械部件之一，由于工作環(huán)境惡劣和維修困難，對(duì)齒輪箱的可靠性提出了更高的要求，齒輪箱內(nèi)的主要零部件均按20年的壽命設(shè)計(jì)，并在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)油溫、軸承溫度、壓力、油液清潔度、液位、振動(dòng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，檢測(cè)齒輪箱的運(yùn)行狀況[1]。

針對(duì)不同類(lèi)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，對(duì)增速齒輪箱也有不同的要求，布局和結(jié)構(gòu)也各不相同。目前結(jié)構(gòu)中平行軸結(jié)構(gòu)+行星齒輪傳動(dòng)最為常見(jiàn)，其主要結(jié)構(gòu)是一級(jí)行星+兩級(jí)平行級(jí)齒輪傳動(dòng)（見(jiàn)圖1），兩級(jí)行星+一級(jí)平行級(jí)齒輪傳動(dòng)（見(jiàn)圖2），內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)的行星齒輪傳動(dòng)（見(jiàn)圖3）。在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，帶增速齒輪箱的風(fēng)電機(jī)組在市場(chǎng)上仍將占主要地位。

圖1 一級(jí)行星+兩級(jí)平行級(jí)

圖2 兩級(jí)行星+一級(jí)平行級(jí)

圖3 內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)的NW行星

2 風(fēng)電齒輪箱發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)從進(jìn)入風(fēng)電市場(chǎng)以來(lái)，從開(kāi)始的1.5 MW風(fēng)電齒輪箱發(fā)展到現(xiàn)在的6 MW風(fēng)電齒輪箱，隨著發(fā)電年限的增加，1.5 MW風(fēng)電齒輪箱逐漸進(jìn)入維修階段；目前主流機(jī)型開(kāi)發(fā)為2 MW、2.5 MW、3 MW風(fēng)電增速齒輪箱。近兩年，隨著風(fēng)資源的利用率增加，國(guó)內(nèi)可供開(kāi)發(fā)利用的優(yōu)良風(fēng)資源日益減少，這就導(dǎo)致了風(fēng)電主機(jī)廠傾向于開(kāi)發(fā)低風(fēng)速大葉片的2～3 MW風(fēng)機(jī)。目前2 MW最大的葉片已達(dá)到121 m，2.5 MW大葉片達(dá)到133 m，3 MW大葉片達(dá)到140 m。除此之外，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一部分整機(jī)廠發(fā)展5 MW以上的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)，我國(guó)沿海地區(qū)風(fēng)力資源豐富，并且隨著國(guó)家的重視和產(chǎn)業(yè)的逐步成熟，中國(guó)的海上風(fēng)電將向健康和規(guī)?；较虬l(fā)展，并逐步呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢(shì)頭。

2.1 舊機(jī)型1.5 MW風(fēng)力發(fā)電齒輪箱

隨著發(fā)電年限增加，1.5 MW風(fēng)力發(fā)電齒輪箱逐漸進(jìn)入維護(hù)階段，風(fēng)機(jī)質(zhì)保期結(jié)束，運(yùn)維市場(chǎng)被釋放。風(fēng)電整機(jī)安裝的快速增長(zhǎng)必然會(huì)導(dǎo)致設(shè)備維護(hù)量的增加，尤其是在初期風(fēng)機(jī)制造技術(shù)不成熟的情況下投入運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組，其維護(hù)任務(wù)更重。國(guó)內(nèi)風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展已近十年，隨著風(fēng)機(jī)投入年限的增加，有越來(lái)越多的增速齒輪箱出現(xiàn)故障，運(yùn)維市場(chǎng)會(huì)越來(lái)越大。

除了風(fēng)機(jī)脫離質(zhì)保期，釋放運(yùn)維市場(chǎng)外，隨著優(yōu)質(zhì)風(fēng)資源的減少，為了更有效地利用有限的良好風(fēng)區(qū)，風(fēng)機(jī)以新?lián)Q舊將成為風(fēng)電發(fā)展的必然。由于老化風(fēng)機(jī)出現(xiàn)重大事故的概率正在增加，發(fā)電量逐步下降，設(shè)備的技術(shù)性能也不能滿(mǎn)足電網(wǎng)的要求，國(guó)內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)一批小型風(fēng)電機(jī)組下線(xiàn)，由目前成熟的風(fēng)電機(jī)組代替，這就意味著整機(jī)廠商和各部件廠商在市場(chǎng)中還有新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

2.2 低風(fēng)速大葉片風(fēng)電齒輪箱

隨著中國(guó)風(fēng)電項(xiàng)目的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)陸上可開(kāi)發(fā)利用的優(yōu)良風(fēng)資源越來(lái)越少。大量未開(kāi)發(fā)的地域大多屬于Ⅱ類(lèi)或Ⅲ類(lèi)及以下的風(fēng)區(qū)。目前國(guó)內(nèi)有不少的整機(jī)廠家在生產(chǎn)大葉輪直徑機(jī)組時(shí)，除加大葉輪直徑外，機(jī)組其他部件的重量和強(qiáng)度并未提高，或者說(shuō)低風(fēng)速機(jī)型與其他同兆瓦的機(jī)型相比，只是葉片長(zhǎng)度不同而已。因此，生產(chǎn)大葉輪機(jī)組與開(kāi)發(fā)一種新機(jī)型相比成本可以大大降低，而且不用經(jīng)過(guò)樣機(jī)的掛機(jī)試驗(yàn)就可進(jìn)行大批量生產(chǎn)，其開(kāi)發(fā)時(shí)間也就大大縮短，但是，由此帶來(lái)的機(jī)組和相關(guān)部件的壽命、強(qiáng)度問(wèn)題以及隱藏的設(shè)計(jì)缺陷和安全隱患等問(wèn)題，則需要引起重視。

3 海上風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展前景

作為可再生能源發(fā)展的重要領(lǐng)域之一，海上風(fēng)電將成為主要發(fā)展方向。“十三五”時(shí)期，國(guó)家將大力推動(dòng)海上風(fēng)電發(fā)展，使海上風(fēng)電將從各方面取得進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)高速發(fā)展；隨著風(fēng)電行業(yè)快速發(fā)展，我國(guó)已具備規(guī)模開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電的條件和基礎(chǔ)，海上風(fēng)電將迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇。但是，由于海上風(fēng)電安裝、運(yùn)行和維護(hù)與陸地風(fēng)電相比，條件更為惡劣，所以居高不下的成本就成為了制約發(fā)展海上風(fēng)電的因素。但是海上風(fēng)電發(fā)展絕對(duì)不能為了降成本而降成本，而是在發(fā)展過(guò)程中要考慮整個(gè)項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的成本和效益。

[1] 熊威，任征東，梅林.國(guó)外風(fēng)電發(fā)展機(jī)制研究對(duì)我國(guó)的啟示[J].電力需求側(cè)管理，2016（5）：53-54.

（編輯：王瑾）

Development and Marketability of Wind Turbine Gearbox in China

Liu Xiaoqing1,Yang Shixia2
（1.Gear Transmission Subcompany,Taiyuan Heavy Industry Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030024;2.Taiyuan PLS Engineering&Technology Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030024）

As for the domestic development status of wind turbine gearbox,this paper analyzes the mainstream of accelerator at this stage,and the operation and maintenance development of old models,puts forward problems of the current gearbox with low wind speed and large blade.According to the development of accelerators,the development prospects of offshore wind power gearbox is proposed.

wind turbine,gearbox,low wind speed,offshore wind power

TM614

A

1672-1152（2017）04-0058-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.22

2017-06-12

劉曉慶（1982—），女，碩士，畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事齒輪箱設(shè)計(jì)工作。