风力发电轴承可行性研究报告报告

1、-PAGE . z.风力发电轴承可行性分析报告一、市场需求国家十一五科学技术发展规划，即国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）（2006-2020年）中明确指出优先发展能源、资源与环境保护技术。针对我国能源、资源的有限性，大规模环境破坏的不可逆性，以及解决这些问题的紧迫性，把能源、资源和环境保护技术放在优先位置。坚持节能优先，努力推进能源开发、利用的多元化，增加能源供应，缓解近期国家能源的供需矛盾；突破水能、风力发电、生物质液体燃料、太阳能光伏发电等可再生能源利用的关键技术，实现低成本、规模化及产业化利用；组织实施能源领域的重大项目：大功率风电机组研制与示。研制23兆瓦风电机

2、组，建设近海试验风电场，形成海上风电技术。攻克2兆瓦以下风电机组产业化关键技术，实现产业化。形成大型风力发电机组检测认证体系。风力发电，是国家重点支持的清洁能源产业。按照国家规划，未来15年，全国风力发电装机容量将达到2000万至3000万千瓦。以每千瓦装机容量设备投资7000元计算，未来风电设备市场份额将高达1400亿元至2100亿元。即使实现了这个目标，风电装机总量还只有全国电力装机总量的3%。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74109MW，其中可利用的风能为2107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布

3、面广，仅陆地上的风能储量约2.53亿千瓦。随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。近5年来，世界风能市场每年都以40%的速度增长。预计未来20-25年，世界风能市场每年将递增25%。而且风力发电设备正向着增大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转换效率的方向发展。我国风能资源丰富。据推算我国可开发利用的风能储量为20亿KW，每年可提供的电量约4万亿KWh，相当于2002年全国总电量的2.4倍,因此开发风能资源可以对提高我国能源供应的多样性和安全性做出积极贡献。2005年1月1日国家可再生能源法出台。这部法律给风力发电产业描绘出了一幅美好的前景。法律出台当年，我国风力发电总装机容量增长65%，达

4、到130万千瓦，有15个省、自治区、直辖市建设了61个风电场。2005年一年，仅自治区就批了176万千瓦风力发电项目。据不完全统计，全国2007年实施的风力发电项目超过300万千瓦，其中已签了设备订货协议的就有280万千瓦。、*等省区都在规划大型风电项目。省规划了两个百万千瓦级风力发电场；省近千公里的海岸线，几乎县县都在规划建设10万千瓦至20万千瓦的风电场；风能富集区的乌兰察布市，在十一五”规划中提出：全市风力发电总装机容量可达2400万千瓦，未来5年将重点建设3个装机百万千瓦以上的风电场，风电装机容量力争达到300万千瓦，建成国家最大的风电基地。中电投在安西开建国最大的风力发电场，10万K

5、W风电场工程已于2006年7月初开工建设，预计2008年初，10万KW机组全部投入商业运行。国际电力集团和日本电源开发株式会社友好协商，三方于7月27日就成立合资公司，共同合作开发、建设风力发电项目签署了相关投资意向书。项目投资总额估算为171,633万元，合资公司暂定名为风能发电。本次合作涉及风力发电项目共计4项，发电总规模预计为173.5MW，其中小五台风电场工程发电规模预计为41.25MW，新荣风电场工程发电规模预计为49.5MW，神池风电场工程发电规模预计为48.75MW，败虎堡风电场工程发电规模预计为34MW。风力发电已经成为新兴的投资热点。由于国家产业政策的导向作用和产业本身广阔的

6、市场前景，目前国许多省市都在风电设备制造领域表现出超乎寻常的热情，已经进入和正准备进入整机制造的企业就有近50家，如：较早进入风电设备领域的省份，有国家发改委批复的国仅有的2家整机制造企业之一（电机），同时有一批掌握了风电设备四大关键部件制造技术的企业、科研单位和大专院校。如电机、株洲机车所、南车电机、大学、国防科大等。电机是国务院确定的我国重大技术装备国产化研制基地，上世纪90年代初就开始风电设备的研发，并且有两台兆瓦级整机成套设备进入蒙*风电场安装运行。目前能提供600/125kW kW、750kW风力发电机组的公司有：维德、申新、运达、龙源风电；能提供1MW及1.5 MW风力发电机组的有

7、*金风、工业大学风能技术研究所、汽轮机集团公司、重型机器集团公司、电气集团股份（简称电气集团）。据了解，在目前情况下，风力发电的投资者结构与心态正在发生微妙变化。2005年，来考察风力发电项目的民营企业投资者有20多家，在行业出现恶性竞争后，民营企业出现了驻足观望的状况，现在参与竞标的绝大多数都是大型国有发电企业。 竞标者们表示，争上风电项目主要是出于以下几种考虑：一是准备应对国家可能出台的可再生能源配额制”（强制性要求火力发电企业必须拥有一定比例的可再生能源发电装机容量）；二是多年来摸透了”国家产业政策的脾气”，就等着拿到项目苦熬到全行业亏损，国家再次调整风力发电定价办法后，产业变得有利可图

8、。还有一些观点则认为，大型国有发电企业不计成本争上风力发电项目，是由于电力企业改革还没有到位，项目不论赔赚都是国家的”，没有形成有效的成本约束，对这些国企来说，竞价招标不具有真正市场意义上的约束力。可再生能源法实施后，国家发展和改革委员会出台了可再生能源发电价格、费用分摊管理的试行办法，在试行办法中，明确规定由政府按照风电项目建设特许权招标形成的价格确定”。而由于企业之间的恶性竞争，使得特许权招标纷纷出现大大低于成本的跳楼价”。据北方龙源风力发电*公司测算，按照的风力资源条件，风力发电正常的盈亏平衡点应该在4角8分钱左右，如果企业投标的价格能在这个基础上低一两分钱，还有可能通过加强部管理等手段

9、加以消化，但如果低于分钱以上，则根本不可能保本经营。实际情况是，虽然有的投标企业在进行可行性研究时测算的成本是每度电4角多钱，但在激烈的竞争之下，投标时却出价到角多。和各地政府雄心勃勃的规划形成鲜明对比的是：当前风力发电的效益回报并不看好。为了推动风力发电设备的国产化进程，培育国风力发电设备制造产业，国家有关部门出台政策，要求新上风力发电项目的设备国产化率不低于70%，而且对部分风力发电特许权招标项目做出了与国产风力发电设备厂家捆绑”的要求。但是，在生产能力与市场需求的巨大反差之下，这些规定难以落实。在国风力发电项目集中上马、设备需求激增的刺激下，国外风力发电机组的价格持续走高、产品供不应求，

10、风机设备定价主动权受制于人。2005年风力发电设备平均价格比2004年上涨了约20%。与风力发电项目的一哄而上相比，我国风力发电机组生产能力严重不足，产品质量无法与国外厂商相比。在2005年风力发电设备新增市场份额中，国产品占28%，主要是*金风科技公司的产品，进口产品占72%。国产风机的质量无法与国外厂家抗衡，国能够成批量生产的风机，所用的技术都比国际水平落后了10年以上。GE风能公司宣布该公司在全球已经安装了5000台的1.5MW风机。第一台1.5MW的风机于1996年在德装。在2002年，GE由于收购了Enron公司，从而获得了该公司风机技术的所有权。从此以后，GE公司将其在航空、交通运

11、输、石油和天然气、塑料等领域的经验应用在了风能工业，其风能部门团队也扩大了三倍。GE风能在美国的订单已经蜂拥而至，这主要受惠于2005年底美国政府实施的风电生产税减免政策。 GE风能期待在2006到2007年期间，1.5MW风机再销售5000台，这样在2008年底，GE风能公司的1.5MW风机总销量可以达到1万台。中国风电行业发展比较迅速，但与国际风电行业的发展水平还有很大差距，国的风电设备主要依靠进口，对外依赖性强，虽然风电成本已下降很多，但相比火电成本的优势在短期并不会明显突出，风电行业的发展还有很多的阻碍因素。正是风电行业投资的高风险，必然为风电行业发展带来高收益，不论是风电产业的经济效

12、益、对社会的效益，还是中国目前奉行的可持续发展和节约战略，这些都为发电行业提供了很大的发展空间。现在，风能发电成本已经下降到1980年的1/5。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃能发电竞争。在这种竞争态势下，风力发电装备制造业，包括配套轴承制造业，如果不加大资源整合的力度，变竞争为竞合，同时加快产品研发和市场开拓，那就不用说能在国家发展风电产业的盛宴中能分到一杯羹，恐怕连残汤剩水都会吃不到的。2006年9月24日，机械工程学会与电力职业技术学院联合举办的风力发电学术报告会”在电力职业技术学院综合学术报告厅举行。报告会由机械工程学会理事长、科华重型轴承名誉董事长文鑑恒主

13、持。科华重型轴承对于风机用的偏航轴承和变浆轴承已进行了深入的研究，并取得了很大的进展，而且已经定购了大量高精密相关加工设备，在未来的几个月，这些设备将会投入到风力发电机用轴承的开发和生产上。2006年11月21日，国第一套风力发电变桨轴承在瓦轴集团试制成功，从而改变了风机行业变桨轴承全部依靠进口的历史。面对着长达20年使用寿命的性能要求，瓦轴科技人员经过攻关获得了用户提出的承载能力大、可靠性要求高、耐低温、耐腐蚀的用户装机试验的认可，并最终与瓦轴签订了2亿多元的订单。风力发电变桨轴承的研制成功，满足了风机行业用户实现国产替代进口的需要。目前，瓦轴为风力发电装备配套的轴承已经批量供货，使用寿命可

14、达20年，实现了国产替代进口的需要。轴承集团一直致力于风力发电机配套轴承的开发和研制。装配有LYC轴承的风力发电机组已分别在*、等风场投入商业化运行，运行时间最长已超过5年。公司已成功开发了600KW、660KW、750KW风力发电机偏航轴承、叶片主轴轴承，并开始批量生产。2006年8月轴承公司成功研制出国第一台具有自主知识产权的1.5兆瓦风能轴承。1.5兆瓦大功率风能轴承是目前国装机容量最大的风机配套轴承，代表着国该领域的最高研发水平。随后,洛轴公司又对这项技术进行了完善,形成了规模生产，得到了国风机制造企业的认可，并通过了国家标准化委员会的严格审核，使国风能轴承的制造进入系列化、专业化、标

15、准化、通用化的轨道,为国家的绿色环保事业做出了贡献。2007年1月22日，轴承公司批量生产，并顺利成为行业标准。风能是绿色环保的可再生能源，是目前技术成熟的、可作为产业开发的重要可持续发展能源，符合国家产业政策，同时可改善当地环境。风力发电机配套轴承主要用在偏航系统、变浆系统、变速器和发动机等部位，其中每个机组主要包括偏航轴承1套，风叶主轴轴承2套，变速箱轴承15套左右，发电机轴承2套左右，轴承结构形式众多。以每台机组平均需配20套轴承计算，到2005年全国风力发电机需配套轴承166万套。即便按目前变速器和电机轴承10%的国产化率计算，也将会有16.6万套的市场空间。如果轴承国产化率提高到20

16、%，将会有33.2万套的市场容量，配套轴承的国产化率还将进一步提高，因此风力发电机专用轴承的市场前景广阔。二、技术上的可行性1、风力发电机用轴承技术现状目前，国开发生产的风机轴承主要是变速器轴承和电机轴承，但性能和寿命还达不到要求。因此，90%左右的变速器轴承和电机轴承仍然依赖进口。偏航轴承总成和风叶主轴轴承总成已研制成功，国除洛轴、瓦轴等大型国有企业有批量试制外，很少有厂家生产，基本属国空白。风机轴承开发研制中，存在的主要技术难点是实现长寿命所需的密封结构和润滑脂、特殊的滚道加工方法和热处理技术、特殊保持架设计和加工制造方法等。国目前的技术水平与国外先进水平相比存在较大差距，但近几年来我国的

17、一些研究单位在这些方面已经取得了一些突破性的研究成果，这必须将加速风机轴承国产化的进程。3、风力发电原理风力发电是一种将风能转化为机械能，由机械能再转化为电能的技术。 4、风力发电机用轴承主要类型及工况条件近十年来，风力发电作为一项可再生的绿色环保新型洁净能源，受到了各国的高度重视，得到了长足的发展。风力发电机配套轴承主要用在偏航系统、变浆系统、变速器和发动机等部位，风力发电机用轴承主要包括：偏航轴承总成、风叶主轴轴承、变速器轴承、发电机轴承等，其中每个机组主要包括偏航轴承1套，风叶主轴轴承2套，变速箱轴承15套左右，发电机轴承2套左右，轴承的结构形式主要有四点接触球式（单排或双排）回转支承轴

18、承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承、深沟球轴承等。其型偏航轴承总成和风叶主轴轴承技术难度较大，现在基本依靠进口，是风机国产化的难点之一。风机轴承国产化可提高国轴承工业的设计应用水平，缩小与国外先进水平的差距，促进国轴承工业的发展和技术进步，另外方面，可以降低风电成本，加快我国新资源和可再生资源的发展。风力发电机常年在野外工作，工况条件比较恶劣，温度、湿度和轴承载荷变化很大，风速最高可达23m/s，有冲击载荷，因此要求轴承有良好的密封性能和润滑性能、耐冲击、长寿命（大约20年）和高可靠性，发电机在2-3级风时就要启动，并能跟随风向变化，所以轴承结构需要进行特殊设计以保证低摩擦、高灵敏度。风力发电机用

19、轴承由于其特殊的受力情况、恶劣的环境条件和特殊的维护要求，这些都构成了技术上的苛刻制约。3、大型偏航轴承总成基本情况及技术要求要使风力发电机能产生稳定、可靠的能源，就要求有高性能的风力涡能机。在涡能机的心脏是一个偏航轴承。它将使风力发电机的叶片追寻风向，充分利用最大风力获得最大的电能。偏航轴承总成是风机及时追踪风向变化的保证。风机开始偏转时，偏航加速度将产生冲击力矩M=I（I为机舱惯量）。偏航转速越高，产生的加速度也越大。由于I非常大，这样使本来就很大的冲击力成倍增加。另外，大型偏航轴承要求外圈带齿，风机如果在运动过程中偏转，偏航齿轮上将承受相当大的陀螺力矩，容易造成偏航轴承的疲劳失效。轴承必

20、须承受不断变化的重载和感应振动，有限的转角，恶劣的环境条件及特殊的维护要求。因此轴承设计、材料、制造、润滑及密封都要进行专门设计。根据风机轴承的受力特点，偏航轴承采用零游隙”设计的四点接触球式回转支承轴承，沟道进行特别设计及加工，可以承受大的轴向载荷和力矩载荷。回转支承用于控制叶距机构以使调节作为主轴承用的转子速度，同时也用于控制平台方向。偏航轴承齿轮要选择合适的材料、模数、齿面轮廓和硬度，以保证和主动齿轮之间寿命的匹配。同时，要采取有针对性的热处理措施，提高齿面强度，使轴承具有良好的耐磨性和耐冲击性。风机暴露在野外，因此对该轴承的密封性能有着严格的要求，必须对轴承的密封形式进行优化设计，对轴

21、承的密封性能进行模拟试验研究，保证轴承寿命和风机寿命相同。风机装在40m的高空，装拆费用昂贵，因此必须有非常高的可靠性，一般要求20年寿命，再加上该轴承结构复杂，因此在装机试验之前必须进行计算机模拟试验，以确保轴承设计参数无误。轴承钢球材料采用GCr15或GCr15SiMn，应符合GB/T18254的规定，钢球直径围为2575mm；轴承圈径围为3003800mm，轴承外圈围为6004500mm，轴承幅高围为70300mm，轴承最大重量为5吨左右，轴承套圈材料为42CrMo（推荐采用）或50Mn，应调质或正火处理，调质后的硬度为HB229269，套圈滚道表面淬火硬度为HRC5562，滚道有效硬化层深度为36mm，允许留滚道淬火软带为50100mm；轴承精度等级分为0、6、5级；有启动摩擦力矩的要求；轴承套圈