風力發(fā)電軸承可行性研究報告報告

1、-PAGE . z.風力發(fā)電軸承可行性分析報告一、市場需求國家十一五科學技術發(fā)展規(guī)劃，即國家中長期科學和技術發(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。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，緩解近期國家能源的供需矛盾；突破水能、風力發(fā)電、生物質液體燃料、太陽能光伏發(fā)電等可再生能源利用的關鍵技術，實現(xiàn)低成本、規(guī)模化及產業(yè)化利用；組織實施能源領域的重大項目：大功率風電機組研制與示。研制23兆瓦風電機

2、組，建設近海試驗風電場，形成海上風電技術。攻克2兆瓦以下風電機組產業(yè)化關鍵技術，實現(xiàn)產業(yè)化。形成大型風力發(fā)電機組檢測認證體系。風力發(fā)電，是國家重點支持的清潔能源產業(yè)。按照國家規(guī)劃，未來15年，全國風力發(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備投資7000元計算，未來風電設備市場份額將高達1400億元至2100億元。即使實現(xiàn)了這個目標，風電裝機總量還只有全國電力裝機總量的3%。風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，全球的風能約為2.74109MW，其中可利用的風能為2107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。中國風能儲量很大、分布

3、面廣，僅陸地上的風能儲量約2.53億千瓦。隨著全球經濟的發(fā)展，風能市場也迅速發(fā)展起來。近5年來，世界風能市場每年都以40%的速度增長。預計未來20-25年，世界風能市場每年將遞增25%。而且風力發(fā)電設備正向著增大單機容量、減輕單位千瓦重量、提高轉換效率的方向發(fā)展。我國風能資源豐富。據(jù)推算我國可開發(fā)利用的風能儲量為20億KW，每年可提供的電量約4萬億KWh，相當于2002年全國總電量的2.4倍,因此開發(fā)風能資源可以對提高我國能源供應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。這部法律給風力發(fā)電產業(yè)描繪出了一幅美好的前景。法律出臺當年，我國風力發(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)、直轄市建設了61個風電場。2005年一年，僅自治區(qū)就批了176萬千瓦風力發(fā)電項目。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國2007年實施的風力發(fā)電項目超過300萬千瓦，其中已簽了設備訂貨協(xié)議的就有280萬千瓦。、*等省區(qū)都在規(guī)劃大型風電項目。省規(guī)劃了兩個百萬千瓦級風力發(fā)電場；省近千公里的海岸線，幾乎縣縣都在規(guī)劃建設10萬千瓦至20萬千瓦的風電場；風能富集區(qū)的烏蘭察布市，在十一五”規(guī)劃中提出：全市風力發(fā)電總裝機容量可達2400萬千瓦，未來5年將重點建設3個裝機百萬千瓦以上的風電場，風電裝機容量力爭達到300萬千瓦，建成國家最大的風電基地。中電投在安西開建國最大的風力發(fā)電場，10萬K

5、W風電場工程已于2006年7月初開工建設，預計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)、建設風力發(fā)電項目簽署了相關投資意向書。項目投資總額估算為171,633萬元，合資公司暫定名為風能發(fā)電。本次合作涉及風力發(fā)電項目共計4項，發(fā)電總規(guī)模預計為173.5MW，其中小五臺風電場工程發(fā)電規(guī)模預計為41.25MW，新榮風電場工程發(fā)電規(guī)模預計為49.5MW，神池風電場工程發(fā)電規(guī)模預計為48.75MW，敗虎堡風電場工程發(fā)電規(guī)模預計為34MW。風力發(fā)電已經成為新興的投資熱點。由于國家產業(yè)政策的導向作用和產業(yè)本身廣闊的

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

7、*金風、工業(yè)大學風能技術研究所、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，風力發(fā)電的投資者結構與心態(tài)正在發(fā)生微妙變化。2005年，來考察風力發(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)在參與競標的絕大多數(shù)都是大型國有發(fā)電企業(yè)。 競標者們表示，爭上風電項目主要是出于以下幾種考慮：一是準備應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，國家再次調整風力發(fā)電定價辦法后，產業(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、費用分攤管理的試行辦法，在試行辦法中，明確規(guī)定由政府按照風電項目建設特許權招標形成的價格確定”。而由于企業(yè)之間的惡性競爭，使得特許權招標紛紛出現(xiàn)大大低于成本的跳樓價”。據(jù)北方龍源風力發(fā)電*公司測算，按照的風力資源條件，風力發(fā)電正常的盈虧平衡點應該在4角8分錢左右，如果企業(yè)投標的價格能在這個基礎上低一兩分錢，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營。實際情況是，雖然有的投標企業(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：當前風力發(fā)電的效益回報并不看好。為了推動風力發(fā)電設備的國產化進程，培育國風力發(fā)電設備制造產業(yè)，國家有關部門出臺政策，要求新上風力發(fā)電項目的設備國產化率不低于70%，而且對部分風力發(fā)電特許權招標項目做出了與國產風力發(fā)電設備廠家捆綁”的要求。但是，在生產能力與市場需求的巨大反差之下，這些規(guī)定難以落實。在國風力發(fā)電項目集中上馬、設備需求激增的刺激下，國外風力發(fā)電機組的價格持續(xù)走高、產品供不應求，

10、風機設備定價主動權受制于人。2005年風力發(fā)電設備平均價格比2004年上漲了約20%。與風力發(fā)電項目的一哄而上相比，我國風力發(fā)電機組生產能力嚴重不足，產品質量無法與國外廠商相比。在2005年風力發(fā)電設備新增市場份額中，國產品占28%，主要是*金風科技公司的產品，進口產品占72%。國產風機的質量無法與國外廠家抗衡，國能夠成批量生產的風機，所用的技術都比國際水平落后了10年以上。GE風能公司宣布該公司在全球已經安裝了5000臺的1.5MW風機。第一臺1.5MW的風機于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機技術的所有權。從此以后，GE公司將其在航空、交通運

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

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?，F(xiàn)在，風能發(fā)電成本已經下降到1980年的1/5。隨著技術進步和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，風能發(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，同時加快產品研發(fā)和市場開拓，那就不用說能在國家發(fā)展風電產業(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，機械工程學會與電力職業(yè)技術學院聯(lián)合舉辦的風力發(fā)電學術報告會”在電力職業(yè)技術學院綜合學術報告廳舉行。報告會由機械工程學會理事長、科華重型軸承名譽董事長文鑑恒主

13、持。科華重型軸承對于風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，而且已經定購了大量高精密相關加工設備，在未來的幾個月，這些設備將會投入到風力發(fā)電機用軸承的開發(fā)和生產上。2006年11月21日，國第一套風力發(fā)電變槳軸承在瓦軸集團試制成功，從而改變了風機行業(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，瓦軸科技人員經過攻關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。風力發(fā)電變槳軸承的研制成功，滿足了風機行業(yè)用戶實現(xiàn)國產替代進口的需要。目前，瓦軸為風力發(fā)電裝備配套的軸承已經批量供貨，使用壽命可

14、達20年，實現(xiàn)了國產替代進口的需要。軸承集團一直致力于風力發(fā)電機配套軸承的開發(fā)和研制。裝配有LYC軸承的風力發(fā)電機組已分別在*、等風場投入商業(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風力發(fā)電機偏航軸承、葉片主軸軸承，并開始批量生產。2006年8月軸承公司成功研制出國第一臺具有自主知識產權的1.5兆瓦風能軸承。1.5兆瓦大功率風能軸承是目前國裝機容量最大的風機配套軸承，代表著國該領域的最高研發(fā)水平。隨后,洛軸公司又對這項技術進行了完善,形成了規(guī)模生產，得到了國風機制造企業(yè)的認可，并通過了國家標準化委員會的嚴格審核，使國風能軸承的制造進入系列化、專業(yè)化、標

15、準化、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，并順利成為行業(yè)標準。風能是綠色環(huán)保的可再生能源，是目前技術成熟的、可作為產業(yè)開發(fā)的重要可持續(xù)發(fā)展能源，符合國家產業(yè)政策，同時可改善當?shù)丨h(huán)境。風力發(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，軸承結構形式眾多。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%的國產化率計算，也將會有16.6萬套的市場空間。如果軸承國產化率提高到20

16、%，將會有33.2萬套的市場容量，配套軸承的國產化率還將進一步提高，因此風力發(fā)電機專用軸承的市場前景廣闊。二、技術上的可行性1、風力發(fā)電機用軸承技術現(xiàn)狀目前，國開發(fā)生產的風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，基本屬國空白。風機軸承開發(fā)研制中，存在的主要技術難點是實現(xiàn)長壽命所需的密封結構和潤滑脂、特殊的滾道加工方法和熱處理技術、特殊保持架設計和加工制造方法等。國目前的技術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取得了一些突破性的研究成果，這必須將加速風機軸承國產化的進程。3、風力發(fā)電原理風力發(fā)電是一種將風能轉化為機械能，由機械能再轉化為電能的技術。 4、風力發(fā)電機用軸承主要類型及工況條件近十年來，風力發(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，風力發(fā)電機用軸承主要包括：偏航軸承總成、風葉主軸軸承、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，軸承的結構形式主要有四點接觸球式（單排或雙排）回轉支承軸

18、承、圓柱滾子軸承、調心滾子軸承、深溝球軸承等。其型偏航軸承總成和風葉主軸軸承技術難度較大，現(xiàn)在基本依靠進口，是風機國產化的難點之一。風機軸承國產化可提高國軸承工業(yè)的設計應用水平，縮小與國外先進水平的差距，促進國軸承工業(yè)的發(fā)展和技術進步，另外方面，可以降低風電成本，加快我國新資源和可再生資源的發(fā)展。風力發(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級風時就要啟動，并能跟隨風向變化，所以軸承結構需要進行特殊設計以保證低摩擦、高靈敏度。風力發(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，這些都構成了技術上的苛刻制約。3、大型偏航軸承總成基本情況及技術要求要使風力發(fā)電機能產生穩(wěn)定、可靠的能源，就要求有高性能的風力渦能機。在渦能機的心臟是一個偏航軸承。它將使風力發(fā)電機的葉片追尋風向，充分利用最大風力獲得最大的電能。偏航軸承總成是風機及時追蹤風向變化的保證。風機開始偏轉時，偏航加速度將產生沖擊力矩M=I（I為機艙慣量）。偏航轉速越高，產生的加速度也越大。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，風機如果在運動過程中偏轉，偏航齒輪上將承受相當大的陀螺力矩，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振動，有限的轉角，惡劣的環(huán)境條件及特殊的維護要求。因此軸承設計、材料、制造、潤滑及密封都要進行專門設計。根據(jù)風機軸承的受力特點，偏航軸承采用零游隙”設計的四點接觸球式回轉支承軸承，溝道進行特別設計及加工，可以承受大的軸向載荷和力矩載荷。回轉支承用于控制葉距機構以使調節(jié)作為主軸承用的轉子速度，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。風機暴露在野外，因此對該軸承的密封性能有著嚴格的要求，必須對軸承的密封形式進行優(yōu)化設計，對軸

21、承的密封性能進行模擬試驗研究，保證軸承壽命和風機壽命相同。風機裝在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，再加上該軸承結構復雜，因此在裝機試驗之前必須進行計算機模擬試驗，以確保軸承設計參數(shù)無誤。軸承鋼球材料采用GCr15或GCr15SiMn，應符合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，應調質或正火處理，調質后的硬度為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