風(fēng)力發(fā)電軸承可行性研究報告報告

1、-PAGE . z.風(fēng)力發(fā)電軸承可行性分析報告一、市場需求國家十一五科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，即國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）（2006-2020年）中明確指出優(yōu)先發(fā)展能源、資源與環(huán)境保護技術(shù)。針對我國能源、資源的有限性，大規(guī)模環(huán)境破壞的不可逆性，以及解決這些問題的緊迫性，把能源、資源和環(huán)境保護技術(shù)放在優(yōu)先位置。堅持節(jié)能優(yōu)先，努力推進能源開發(fā)、利用的多元化，增加能源供應(yīng)，緩解近期國家能源的供需矛盾；突破水能、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)液體燃料、太陽能光伏發(fā)電等可再生能源利用的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)低成本、規(guī)?；爱a(chǎn)業(yè)化利用；組織實施能源領(lǐng)域的重大項目：大功率風(fēng)電機組研制與示。研制23兆瓦風(fēng)電機

2、組，建設(shè)近海試驗風(fēng)電場，形成海上風(fēng)電技術(shù)。攻克2兆瓦以下風(fēng)電機組產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。形成大型風(fēng)力發(fā)電機組檢測認證體系。風(fēng)力發(fā)電，是國家重點支持的清潔能源產(chǎn)業(yè)。按照國家規(guī)劃，未來15年，全國風(fēng)力發(fā)電裝機容量將達到2000萬至3000萬千瓦。以每千瓦裝機容量設(shè)備投資7000元計算，未來風(fēng)電設(shè)備市場份額將高達1400億元至2100億元。即使實現(xiàn)了這個目標(biāo)，風(fēng)電裝機總量還只有全國電力裝機總量的3%。風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74109MW，其中可利用的風(fēng)能為2107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。中國風(fēng)能儲量很大、分布

3、面廣，僅陸地上的風(fēng)能儲量約2.53億千瓦。隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，風(fēng)能市場也迅速發(fā)展起來。近5年來，世界風(fēng)能市場每年都以40%的速度增長。預(yù)計未來20-25年，世界風(fēng)能市場每年將遞增25%。而且風(fēng)力發(fā)電設(shè)備正向著增大單機容量、減輕單位千瓦重量、提高轉(zhuǎn)換效率的方向發(fā)展。我國風(fēng)能資源豐富。據(jù)推算我國可開發(fā)利用的風(fēng)能儲量為20億KW，每年可提供的電量約4萬億KWh，相當(dāng)于2002年全國總電量的2.4倍,因此開發(fā)風(fēng)能資源可以對提高我國能源供應(yīng)的多樣性和安全性做出積極貢獻。2005年1月1日國家可再生能源法出臺。這部法律給風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)描繪出了一幅美好的前景。法律出臺當(dāng)年，我國風(fēng)力發(fā)電總裝機容量增長65%，達

4、到130萬千瓦，有15個省、自治區(qū)、直轄市建設(shè)了61個風(fēng)電場。2005年一年，僅自治區(qū)就批了176萬千瓦風(fēng)力發(fā)電項目。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國2007年實施的風(fēng)力發(fā)電項目超過300萬千瓦，其中已簽了設(shè)備訂貨協(xié)議的就有280萬千瓦。、*等省區(qū)都在規(guī)劃大型風(fēng)電項目。省規(guī)劃了兩個百萬千瓦級風(fēng)力發(fā)電場；省近千公里的海岸線，幾乎縣縣都在規(guī)劃建設(shè)10萬千瓦至20萬千瓦的風(fēng)電場；風(fēng)能富集區(qū)的烏蘭察布市，在十一五”規(guī)劃中提出：全市風(fēng)力發(fā)電總裝機容量可達2400萬千瓦，未來5年將重點建設(shè)3個裝機百萬千瓦以上的風(fēng)電場，風(fēng)電裝機容量力爭達到300萬千瓦，建成國家最大的風(fēng)電基地。中電投在安西開建國最大的風(fēng)力發(fā)電場，10萬K

5、W風(fēng)電場工程已于2006年7月初開工建設(shè)，預(yù)計2008年初，10萬KW機組全部投入商業(yè)運行。國際電力集團和日本電源開發(fā)株式會社友好協(xié)商，三方于7月27日就成立合資公司，共同合作開發(fā)、建設(shè)風(fēng)力發(fā)電項目簽署了相關(guān)投資意向書。項目投資總額估算為171,633萬元，合資公司暫定名為風(fēng)能發(fā)電。本次合作涉及風(fēng)力發(fā)電項目共計4項，發(fā)電總規(guī)模預(yù)計為173.5MW，其中小五臺風(fēng)電場工程發(fā)電規(guī)模預(yù)計為41.25MW，新榮風(fēng)電場工程發(fā)電規(guī)模預(yù)計為49.5MW，神池風(fēng)電場工程發(fā)電規(guī)模預(yù)計為48.75MW，敗虎堡風(fēng)電場工程發(fā)電規(guī)模預(yù)計為34MW。風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為新興的投資熱點。由于國家產(chǎn)業(yè)政策的導(dǎo)向作用和產(chǎn)業(yè)本身廣闊的

6、市場前景，目前國許多省市都在風(fēng)電設(shè)備制造領(lǐng)域表現(xiàn)出超乎尋常的熱情，已經(jīng)進入和正準(zhǔn)備進入整機制造的企業(yè)就有近50家，如：較早進入風(fēng)電設(shè)備領(lǐng)域的省份，有國家發(fā)改委批復(fù)的國僅有的2家整機制造企業(yè)之一（電機），同時有一批掌握了風(fēng)電設(shè)備四大關(guān)鍵部件制造技術(shù)的企業(yè)、科研單位和大專院校。如電機、株洲機車所、南車電機、大學(xué)、國防科大等。電機是國務(wù)院確定的我國重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化研制基地，上世紀(jì)90年代初就開始風(fēng)電設(shè)備的研發(fā)，并且有兩臺兆瓦級整機成套設(shè)備進入蒙*風(fēng)電場安裝運行。目前能提供600/125kW kW、750kW風(fēng)力發(fā)電機組的公司有：維德、申新、運達、龍源風(fēng)電；能提供1MW及1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機組的有

7、*金風(fēng)、工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所、汽輪機集團公司、重型機器集團公司、電氣集團股份（簡稱電氣集團）。據(jù)了解，在目前情況下，風(fēng)力發(fā)電的投資者結(jié)構(gòu)與心態(tài)正在發(fā)生微妙變化。2005年，來考察風(fēng)力發(fā)電項目的民營企業(yè)投資者有20多家，在行業(yè)出現(xiàn)惡性競爭后，民營企業(yè)出現(xiàn)了駐足觀望的狀況，現(xiàn)在參與競標(biāo)的絕大多數(shù)都是大型國有發(fā)電企業(yè)。 競標(biāo)者們表示，爭上風(fēng)電項目主要是出于以下幾種考慮：一是準(zhǔn)備應(yīng)對國家可能出臺的可再生能源配額制”（強制性要求火力發(fā)電企業(yè)必須擁有一定比例的可再生能源發(fā)電裝機容量）；二是多年來摸透了”國家產(chǎn)業(yè)政策的脾氣”，就等著拿到項目苦熬到全行業(yè)虧損，國家再次調(diào)整風(fēng)力發(fā)電定價辦法后，產(chǎn)業(yè)變得有利可圖

8、。還有一些觀點則認為，大型國有發(fā)電企業(yè)不計成本爭上風(fēng)力發(fā)電項目，是由于電力企業(yè)改革還沒有到位，項目不論賠賺都是國家的”，沒有形成有效的成本約束，對這些國企來說，競價招標(biāo)不具有真正市場意義上的約束力?？稍偕茉捶▽嵤┖?，國家發(fā)展和改革委員會出臺了可再生能源發(fā)電價格、費用分?jǐn)偣芾淼脑囆修k法，在試行辦法中，明確規(guī)定由政府按照風(fēng)電項目建設(shè)特許權(quán)招標(biāo)形成的價格確定”。而由于企業(yè)之間的惡性競爭，使得特許權(quán)招標(biāo)紛紛出現(xiàn)大大低于成本的跳樓價”。據(jù)北方龍源風(fēng)力發(fā)電*公司測算，按照的風(fēng)力資源條件，風(fēng)力發(fā)電正常的盈虧平衡點應(yīng)該在4角8分錢左右，如果企業(yè)投標(biāo)的價格能在這個基礎(chǔ)上低一兩分錢，還有可能通過加強部管理等手段

9、加以消化，但如果低于分錢以上，則根本不可能保本經(jīng)營。實際情況是，雖然有的投標(biāo)企業(yè)在進行可行性研究時測算的成本是每度電4角多錢，但在激烈的競爭之下，投標(biāo)時卻出價到角多。和各地政府雄心勃勃的規(guī)劃形成鮮明對比的是：當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電的效益回報并不看好。為了推動風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的國產(chǎn)化進程，培育國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)，國家有關(guān)部門出臺政策，要求新上風(fēng)力發(fā)電項目的設(shè)備國產(chǎn)化率不低于70%，而且對部分風(fēng)力發(fā)電特許權(quán)招標(biāo)項目做出了與國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備廠家捆綁”的要求。但是，在生產(chǎn)能力與市場需求的巨大反差之下，這些規(guī)定難以落實。在國風(fēng)力發(fā)電項目集中上馬、設(shè)備需求激增的刺激下，國外風(fēng)力發(fā)電機組的價格持續(xù)走高、產(chǎn)品供不應(yīng)求，

10、風(fēng)機設(shè)備定價主動權(quán)受制于人。2005年風(fēng)力發(fā)電設(shè)備平均價格比2004年上漲了約20%。與風(fēng)力發(fā)電項目的一哄而上相比，我國風(fēng)力發(fā)電機組生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足，產(chǎn)品質(zhì)量無法與國外廠商相比。在2005年風(fēng)力發(fā)電設(shè)備新增市場份額中，國產(chǎn)品占28%，主要是*金風(fēng)科技公司的產(chǎn)品，進口產(chǎn)品占72%。國產(chǎn)風(fēng)機的質(zhì)量無法與國外廠家抗衡，國能夠成批量生產(chǎn)的風(fēng)機，所用的技術(shù)都比國際水平落后了10年以上。GE風(fēng)能公司宣布該公司在全球已經(jīng)安裝了5000臺的1.5MW風(fēng)機。第一臺1.5MW的風(fēng)機于1996年在德裝。在2002年，GE由于收購了Enron公司，從而獲得了該公司風(fēng)機技術(shù)的所有權(quán)。從此以后，GE公司將其在航空、交通運

11、輸、石油和天然氣、塑料等領(lǐng)域的經(jīng)驗應(yīng)用在了風(fēng)能工業(yè)，其風(fēng)能部門團隊也擴大了三倍。GE風(fēng)能在美國的訂單已經(jīng)蜂擁而至，這主要受惠于2005年底美國政府實施的風(fēng)電生產(chǎn)稅減免政策。 GE風(fēng)能期待在2006到2007年期間，1.5MW風(fēng)機再銷售5000臺，這樣在2008年底，GE風(fēng)能公司的1.5MW風(fēng)機總銷量可以達到1萬臺。中國風(fēng)電行業(yè)發(fā)展比較迅速，但與國際風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展水平還有很大差距，國的風(fēng)電設(shè)備主要依靠進口，對外依賴性強，雖然風(fēng)電成本已下降很多，但相比火電成本的優(yōu)勢在短期并不會明顯突出，風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展還有很多的阻礙因素。正是風(fēng)電行業(yè)投資的高風(fēng)險，必然為風(fēng)電行業(yè)發(fā)展帶來高收益，不論是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效

12、益、對社會的效益，還是中國目前奉行的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)約戰(zhàn)略，這些都為發(fā)電行業(yè)提供了很大的發(fā)展空間。現(xiàn)在，風(fēng)能發(fā)電成本已經(jīng)下降到1980年的1/5。隨著技術(shù)進步和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)能發(fā)電在商業(yè)上將完全可以與燃能發(fā)電競爭。在這種競爭態(tài)勢下，風(fēng)力發(fā)電裝備制造業(yè)，包括配套軸承制造業(yè)，如果不加大資源整合的力度，變競爭為競合，同時加快產(chǎn)品研發(fā)和市場開拓，那就不用說能在國家發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的盛宴中能分到一杯羹，恐怕連殘湯剩水都會吃不到的。2006年9月24日，機械工程學(xué)會與電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院聯(lián)合舉辦的風(fēng)力發(fā)電學(xué)術(shù)報告會”在電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院綜合學(xué)術(shù)報告廳舉行。報告會由機械工程學(xué)會理事長、科華重型軸承名譽董事長文鑑恒主

13、持?？迫A重型軸承對于風(fēng)機用的偏航軸承和變漿軸承已進行了深入的研究，并取得了很大的進展，而且已經(jīng)定購了大量高精密相關(guān)加工設(shè)備，在未來的幾個月，這些設(shè)備將會投入到風(fēng)力發(fā)電機用軸承的開發(fā)和生產(chǎn)上。2006年11月21日，國第一套風(fēng)力發(fā)電變槳軸承在瓦軸集團試制成功，從而改變了風(fēng)機行業(yè)變槳軸承全部依靠進口的歷史。面對著長達20年使用壽命的性能要求，瓦軸科技人員經(jīng)過攻關(guān)獲得了用戶提出的承載能力大、可靠性要求高、耐低溫、耐腐蝕的用戶裝機試驗的認可，并最終與瓦軸簽訂了2億多元的訂單。風(fēng)力發(fā)電變槳軸承的研制成功，滿足了風(fēng)機行業(yè)用戶實現(xiàn)國產(chǎn)替代進口的需要。目前，瓦軸為風(fēng)力發(fā)電裝備配套的軸承已經(jīng)批量供貨，使用壽命可

14、達20年，實現(xiàn)了國產(chǎn)替代進口的需要。軸承集團一直致力于風(fēng)力發(fā)電機配套軸承的開發(fā)和研制。裝配有LYC軸承的風(fēng)力發(fā)電機組已分別在*、等風(fēng)場投入商業(yè)化運行，運行時間最長已超過5年。公司已成功開發(fā)了600KW、660KW、750KW風(fēng)力發(fā)電機偏航軸承、葉片主軸軸承，并開始批量生產(chǎn)。2006年8月軸承公司成功研制出國第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的1.5兆瓦風(fēng)能軸承。1.5兆瓦大功率風(fēng)能軸承是目前國裝機容量最大的風(fēng)機配套軸承，代表著國該領(lǐng)域的最高研發(fā)水平。隨后,洛軸公司又對這項技術(shù)進行了完善,形成了規(guī)模生產(chǎn)，得到了國風(fēng)機制造企業(yè)的認可，并通過了國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會的嚴(yán)格審核，使國風(fēng)能軸承的制造進入系列化、專業(yè)化、標(biāo)

15、準(zhǔn)化、通用化的軌道,為國家的綠色環(huán)保事業(yè)做出了貢獻。2007年1月22日，軸承公司批量生產(chǎn)，并順利成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)能是綠色環(huán)保的可再生能源，是目前技術(shù)成熟的、可作為產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重要可持續(xù)發(fā)展能源，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，同時可改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境。風(fēng)力發(fā)電機配套軸承主要用在偏航系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)、變速器和發(fā)動機等部位，其中每個機組主要包括偏航軸承1套，風(fēng)葉主軸軸承2套，變速箱軸承15套左右，發(fā)電機軸承2套左右，軸承結(jié)構(gòu)形式眾多。以每臺機組平均需配20套軸承計算，到2005年全國風(fēng)力發(fā)電機需配套軸承166萬套。即便按目前變速器和電機軸承10%的國產(chǎn)化率計算，也將會有16.6萬套的市場空間。如果軸承國產(chǎn)化率提高到20

16、%，將會有33.2萬套的市場容量，配套軸承的國產(chǎn)化率還將進一步提高，因此風(fēng)力發(fā)電機專用軸承的市場前景廣闊。二、技術(shù)上的可行性1、風(fēng)力發(fā)電機用軸承技術(shù)現(xiàn)狀目前，國開發(fā)生產(chǎn)的風(fēng)機軸承主要是變速器軸承和電機軸承，但性能和壽命還達不到要求。因此，90%左右的變速器軸承和電機軸承仍然依賴進口。偏航軸承總成和風(fēng)葉主軸軸承總成已研制成功，國除洛軸、瓦軸等大型國有企業(yè)有批量試制外，很少有廠家生產(chǎn)，基本屬國空白。風(fēng)機軸承開發(fā)研制中，存在的主要技術(shù)難點是實現(xiàn)長壽命所需的密封結(jié)構(gòu)和潤滑脂、特殊的滾道加工方法和熱處理技術(shù)、特殊保持架設(shè)計和加工制造方法等。國目前的技術(shù)水平與國外先進水平相比存在較大差距，但近幾年來我國的

17、一些研究單位在這些方面已經(jīng)取得了一些突破性的研究成果，這必須將加速風(fēng)機軸承國產(chǎn)化的進程。3、風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)力發(fā)電是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，由機械能再轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。 4、風(fēng)力發(fā)電機用軸承主要類型及工況條件近十年來，風(fēng)力發(fā)電作為一項可再生的綠色環(huán)保新型潔凈能源，受到了各國的高度重視，得到了長足的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機配套軸承主要用在偏航系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)、變速器和發(fā)動機等部位，風(fēng)力發(fā)電機用軸承主要包括：偏航軸承總成、風(fēng)葉主軸軸承、變速器軸承、發(fā)電機軸承等，其中每個機組主要包括偏航軸承1套，風(fēng)葉主軸軸承2套，變速箱軸承15套左右，發(fā)電機軸承2套左右，軸承的結(jié)構(gòu)形式主要有四點接觸球式（單排或雙排）回轉(zhuǎn)支承軸

18、承、圓柱滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、深溝球軸承等。其型偏航軸承總成和風(fēng)葉主軸軸承技術(shù)難度較大，現(xiàn)在基本依靠進口，是風(fēng)機國產(chǎn)化的難點之一。風(fēng)機軸承國產(chǎn)化可提高國軸承工業(yè)的設(shè)計應(yīng)用水平，縮小與國外先進水平的差距，促進國軸承工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步，另外方面，可以降低風(fēng)電成本，加快我國新資源和可再生資源的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機常年在野外工作，工況條件比較惡劣，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，風(fēng)速最高可達23m/s，有沖擊載荷，因此要求軸承有良好的密封性能和潤滑性能、耐沖擊、長壽命（大約20年）和高可靠性，發(fā)電機在2-3級風(fēng)時就要啟動，并能跟隨風(fēng)向變化，所以軸承結(jié)構(gòu)需要進行特殊設(shè)計以保證低摩擦、高靈敏度。風(fēng)力發(fā)電機用

19、軸承由于其特殊的受力情況、惡劣的環(huán)境條件和特殊的維護要求，這些都構(gòu)成了技術(shù)上的苛刻制約。3、大型偏航軸承總成基本情況及技術(shù)要求要使風(fēng)力發(fā)電機能產(chǎn)生穩(wěn)定、可靠的能源，就要求有高性能的風(fēng)力渦能機。在渦能機的心臟是一個偏航軸承。它將使風(fēng)力發(fā)電機的葉片追尋風(fēng)向，充分利用最大風(fēng)力獲得最大的電能。偏航軸承總成是風(fēng)機及時追蹤風(fēng)向變化的保證。風(fēng)機開始偏轉(zhuǎn)時，偏航加速度將產(chǎn)生沖擊力矩M=I（I為機艙慣量）。偏航轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的加速度也越大。由于I非常大，這樣使本來就很大的沖擊力成倍增加。另外，大型偏航軸承要求外圈帶齒，風(fēng)機如果在運動過程中偏轉(zhuǎn)，偏航齒輪上將承受相當(dāng)大的陀螺力矩，容易造成偏航軸承的疲勞失效。軸承必

20、須承受不斷變化的重載和感應(yīng)振動，有限的轉(zhuǎn)角，惡劣的環(huán)境條件及特殊的維護要求。因此軸承設(shè)計、材料、制造、潤滑及密封都要進行專門設(shè)計。根據(jù)風(fēng)機軸承的受力特點，偏航軸承采用零游隙”設(shè)計的四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承軸承，溝道進行特別設(shè)計及加工，可以承受大的軸向載荷和力矩載荷?；剞D(zhuǎn)支承用于控制葉距機構(gòu)以使調(diào)節(jié)作為主軸承用的轉(zhuǎn)子速度，同時也用于控制平臺方向。偏航軸承齒輪要選擇合適的材料、模數(shù)、齒面輪廓和硬度，以保證和主動齒輪之間壽命的匹配。同時，要采取有針對性的熱處理措施，提高齒面強度，使軸承具有良好的耐磨性和耐沖擊性。風(fēng)機暴露在野外，因此對該軸承的密封性能有著嚴(yán)格的要求，必須對軸承的密封形式進行優(yōu)化設(shè)計，對軸

21、承的密封性能進行模擬試驗研究，保證軸承壽命和風(fēng)機壽命相同。風(fēng)機裝在40m的高空，裝拆費用昂貴，因此必須有非常高的可靠性，一般要求20年壽命，再加上該軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在裝機試驗之前必須進行計算機模擬試驗，以確保軸承設(shè)計參數(shù)無誤。軸承鋼球材料采用GCr15或GCr15SiMn，應(yīng)符合GB/T18254的規(guī)定，鋼球直徑圍為2575mm；軸承圈徑圍為3003800mm，軸承外圈圍為6004500mm，軸承幅高圍為70300mm，軸承最大重量為5噸左右，軸承套圈材料為42CrMo（推薦采用）或50Mn，應(yīng)調(diào)質(zhì)或正火處理，調(diào)質(zhì)后的硬度為HB229269，套圈滾道表面淬火硬度為HRC5562，滾道有效硬化層深度為36mm，允許留滾道淬火軟帶為50100mm；軸承精度等級分為0、6、5級；有啟動摩擦力矩的要求；軸承套圈