风电用钢调研目录

第一章风电行业概述第一节风电介绍一、风电定义及结构（海洋风电、陆地风电，不同瓦数的风电）1、风电的概述要了解风电首先要了解风的几个概念，风速、湍流、风切变。风速是指由于风速随时变化，因此常用平均风速来衡量风携带能量的大小。极大风速和年平均风速对于风机设计而言很重要。湍流是用于描述风速是否平稳的指标。通常定义为I=σ/U，σ为风速值标准偏差，U为风速平均值。风切变是指由于地面障碍物对风有阻挡作用，因此风速会随高度增加而增加。风电是风能发电或者风力发电的简称，属于可再生能源，清洁能源。风力发电是风能利用的重要形式。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风能是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展清洁能源是世界各国的战略选择。2、风电的分类风电根据地域的不同可以划分为陆地风电和海洋风电。陆地风电是指在陆地上使用风电设备把风能转化为电能的过程。目前风电主要是指陆地风电。海洋风电是指在海洋（近海）上使用风电设备把风能转化为电能的过程。现阶段，由于技术和设备的限制，致使海洋风电的成本远远大于陆地风电。中国风能总储量达32.26亿千瓦，居世界第一位。其中可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿千瓦，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿千瓦，共计约10亿千瓦，大于中国的水能资源储量。3、风电的优劣（1）风电的优点包括：第一、利用自然界的可再生能源，干净无污染，无须燃料；第二、运行成本低，风电机组的设计寿命约为20-25年，运行和维护的费用通常相当于机组总成本的3%-5%；第三、建设周期短，若不计测风，快者一年左右可建成。（2）风电的不足之处包括三点：第一、选址时对自然环境(风速)要求较高，光测风阶段就要历时一年以上；风场占地面积通常在几百亩到几千亩，与火电相比，单位土地面积的发电出力相差较大(尽管风机塔架周围的土地仍可进行其它利用)；风力大的地区通常人口稀少，离电力负荷中心较远，对电网输送要求较高；第二、出力不稳定(取决于不可控的风速)，利用小时数低(通常为2000小时/年左右)，通常认为风力发电量占电网总电量的比重不能过高(10-12%，也有人说是20%)，否则会影响电网稳定。第三、一次性投资较火电大，上网电价高于火电、水电。目前国内风电场的千瓦造价通常要8000-12000元，比西方还高，原因之一是进口设备价格较贵。2008年，采用当时先进的风电机组在最佳条件下，欧洲每千瓦装机的投资成本为832欧元，每度电的成本为0.0388欧元。随着技术的进步，风电成本将会下降。预期到2020年，降低至0.0234欧元/度(装机成本为497欧元/千瓦)。届时，风力发电的成本已跟燃煤机组的成本相近。二、风电发电设备1、风力发电设备概述风力发电设备就是把风力转化为电力的装置。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。它主要由机舱、转子叶片、轴心、低速轴、齿轮箱、高速轴及其机械闸、发电机、偏航装置、电子控制器、液压系统、风速计及风向标、塔和冷却元件等构成。机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱，机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很像飞机的机翼。齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。塔：风力发电设备机塔上载有机舱及转子。通常来说，高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。2、发电机的种类发动机按不同的划分标准有不同的种类，如下表：分类标准按照风轮形式分类垂直轴风力发电机组水平轴风力发电机组按照有无齿轮箱分类直驱型风力发电机双馈式风力发电机按功率调节方式分类定桨距风力发电机变桨失速型风力发电机组第二节国内风电产业发展概况随着《可再生能源法》的实施和京都议定书协议的生效，国家加大了对可再生能源支持的力度，风力发电产业得到了连续快速发展，出现了风电热。我国风电增长速度已连续三年超过100%。2011年中国新增风电装机容量接近1800万千瓦，总装机容量达到6500万千瓦，中国已经是世界上风电设备制造大国和风电装机容量最多的国家，成为名副其实的风电大国。风电行业迅猛发展将拉动相关投资快速增长。根据GWEA的预测，2012-2020年间，全球风电累计装机容量将达150万MW，新增126万MW，按每千瓦投资1万元的常规计算，新增装机需要12.6万亿元的投资额！相当2010年中国全年GDP的三分之一。在这九年中，我国新增19万MW的风电装机容量，这些新增装机容量需要1.9万亿元的投资额！未来5-10年风电发展势头仍强劲，尤其是在对”核风险”较为谨慎之下。2010年风电领域的投资与2009年相比增长了31%，达到创纪录的960亿美元，足见风电投资市场依然火爆。据预测，全球风电市场规模将从目前的194GW增长至2015年的449GW。2015年的全球新增风电装机容量将达到60.5GW，相较2010年的35.8GW会有明显增长。亚洲、北美洲和欧洲将成为未来5年风电发展较快的主要地区，亚洲的风电增长速度会在全球范围内遥遥领先，中国仍将成为风电增长的主要动力。印度、日本和韩国都将出现不同程度的增长。虽然中国的风电发展面临众多难题，但风电行业国家标准的制定、智能电网的运用、控制风电行业投资等使得诸如电网瓶颈、稳定性较差、产能利用率低等问题将逐步改善。GWEC预测，中国新增风电装机容量到2015年将达到20GW(2010年新增为18GW)，在经济快速增长和电力需求增加的大背景下，风电在中国的迅猛发展是必然结果。风电产业的迅速崛起在中国应对能源结构多样化、环境保护和节能减排挑战等问题上都能发挥极大作用。因此，GWEC认为中国仍将是未来5年全球风电市场的生力军。第三节全球风电产业发展概况风电行业的真正发展始于1973年石油危机，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费，用新技术研制现代风力发电机组，80年代开始建立示范风电场，成为电网新电源。在过去的20年里，风电发展不断超越其预期的发展速度，一直保持着世界增长最快的能源地位，一直保持着世界增长最快的能源的地位。近10年的年均复合增长率超过20%，截止2010年末，全球累计装机容量达到240GW(1GW合1000MW)，增长幅度为21%，依然维持较高的增速。就新增装机容量而言，从2005年开始，每年新增装机容量开始大幅增加，2005年新增装机容量达到了11331MW，比2000年增加了近5049MW，增加幅度达到80.37%。而在全球金融危机低谷时，2009年和2010年新增装机容量分别达到了38312MW和37642MW，2009年新增装机容量增速高达43%。随着国际原油价格的高企，WWEA预计，2011年新增装机容量增加45000MW，仍将保持20%的增速。分国别来看，2010年总装机容量方面，中国、美国位居前列，分别为44733MW和40180MW，比2009年有显著的提升。超过1万MW的国家有德国、西班牙和印度，意大利、法国、英国、加拿大等相对较小。总之，中、美、欧的风电行业发展迅猛。图标5装机容量新增与累计比较图世界各国的风电发展也是不一样的，不同的国家，不同的地区差别巨大。欧洲目前仍为市场的领头燕，亚洲排名第二，北美洲排名第三，至于其他区域目前则无足轻重。风电设备制造商方面，全球形成了由数家风电制造企业控制或垄断的局面。2009年世界前十位风电机组供货厂新增装机容量在市场所占份额为81.5%，VESTAS、GEWIND排前两位，市场占有率分别为12.5%、12.4%，国内的华锐风电从08年的排名第七跃居全球第三，市场占有率为9.2%。图表6装机容量世界前十名第四节风电行业发展相关政策一、国内对于风电行业发展的相关政策为了促进风电建设，中国原电力部颁布了关于风力发电场建设和管理的若干意见，要求各地电网应收购各地风电场发出的上网电力，风电上网电价按照还本付息加合理利润的原则确定。1、中国现行的主要风电激励政策(1)价格优惠政策政府文件明确要求电网允许风电就近上网，并收购全部电量，上网电价按”发电成本+还本付息+合理利润”的原则确定，并规定高于电网平均电价的部分采取全网共同承担的政策。(2)税收优惠政策增值税优惠，关税优惠，减免所得税2007年初，财政部、发展改革委、海关总署和税务总局四部委联合发布了《关于落实国务院加快振兴装备制造业的若干意见有关进口税收政策的通知》，决定对16个重大技术装备关键领域调整进口关税政策。2008年4月23日，财政部发布了《财政部关于调整大功率风力发电机组及其关键零部件、原材料进口税收政策的通知》，通知内容如下：自2008年1月1日(以进口申报时间为准)起，对国内企业为开发、制造大功率风力发电机组而进口的关键零部件、原材料所缴纳的进口关税和进口环节增值税实行先征后退，所退税款作为国家投资处理，转为国家资本金，主要用于企业新产品的研制生产以及自主创新能力建设。(3)投资补贴政策贴息贷款我国政府从1987年起设立了农村能源专项贴息贷款，主要用于大中型沼气工程，太阳能的利用和风电技术的推广应用。补贴政策，在可再生能源方面，中央政府的补贴主要用在研究开发和试点示范上，地方政府的补贴除一部分用于支持可再生能源的科学研究外，主要用于太阳能和风电技术的推广和应用。(4)研究与发展投入政策中央政府的可再生能源研究开发政策主要体现在两个方面：一方面资助可再生能源的研究和开发，给予大量的补贴；另一方面支持可再生能源的发展计划，制定并实施了一批大型的发展计划。2、中国风电产业的主要政策措施(1)支持风能资源评价，编制风电发展规划“十一五”期间，国家将根据已有的风能资源普查资料，在风能资源丰富区域内，选择部分条件具备的区域建立风能资源专业观测网，并利用风能资源数值模拟方法建立中尺度风能资源分布图谱(水平分辨率1×1km，垂直分辨率10m)，建立全国风能资源数据库。在此基础上，综合考虑各区域内资源、电网、气候、气象灾害、地质环境以及交通等因素，编制风电发展规划，防止一哄而上，盲目建设风电。(2)将风电的电网建设纳入国家电网建设规划为满足风电大规模建设的需要”十二五”期间，国家将支持开展与风电发展相适应的电网建设规划和与风电特性相适应的风电接入电网技术研究和试验；调动电网积极性，研究对风电上网的接入费用建立分摊机制，加快风电接入系统建设。(3)建立有效的风电价格和税收政策国家已经出台了包括风电在内的可再生能源价格分摊办法，对风电上网电价高于火电的部分实行全国分摊。此外，在风电税收政策上，将对风电企业给予定期减免所得税和增值税先征后退的优惠政策，支持风电发展。(4)支持风机制造国产化和培育自主品牌”十二五”期间，国家将建立符合中国环境、资源条件的风电设备标准、检测和认证体系，并积极准备实施强制性认证制度；以技术开发能力较强的研究机构和企业为依托，建立国家风电机组整机和零部件技术研究开发中心，加强风电技术开发能力建设；对具有自主知识产权和自主品牌的兆瓦级风电机组的整机制造企业和零部件制造企业给予资金补助，鼓励企业开展新产品的研发、工艺改进和试验示范。3、陆上风电上网价格新政策出台按风能资源状况和工程建设条件，将全国分为4类风能资源区，相应制定风电标杆上网电价。4类资源区内电标杆电价水平分别为每千瓦时0.51元、0.54元、0.58元和0.61元。今后新建陆上风电项目，统一执行所在风能资源区的风电标杆上网电价。海上风电上网电价今后根据建设进程另行制定。同时规定，继续实行风电费用分摊制度，风电上网电价高出当地燃煤机组标杆上网电价的部分，通过全国征收的可再生能源电价附加分摊解决。2003-2007年由中央政府推动的每年一期的五期风电特许权招标中，上网电价一直是重要的评判标准之一。据兴业证券新能源、电力设备研究员王雪峰统计，由于第一、二期的招标规定上网电价最低的投标商中标，致使平均中标上网电价为0.47元/千瓦时，其中，第一期的江苏如东风电场上网电价仅0.4365元/千瓦时；第二期的内蒙古辉腾锡勒风电场上网电价也才0.382元/千瓦时，运营商无利可图；第三、四期的招标将非价格标准纳入考虑因素，上网电价有所提高，但中标者大多仍为电价最低的投标商；从第五期开始，采用与平均竞标电价最接近的投标者中标，当期平均电价为0.52元/千瓦时，比一期增长了10.6%。二、国际上对于风电行业发张的相关政策虽然各国的具体政策不尽相同，但都主要通过“推动力”和“引导力”的有机结合来促进风电产业的发展，形成世界风电发展政策实施与发展的脉络框架。1、推动政策各国对风电的推动力表现为政策的“强制性”，如规模限定政策、强制性市场准入政策、强制性购电政策等。规模限定政策是对风电发展规模的宏观调控，主要对风机装机容量和风电份额做出限定，是保证目前经济性不具优势的风电在电力市场上占有足够份额的有效手段。如，日本政府制定到2010年风机装机容量达到300万kW的目标；德国规划，到2010、2020、2050年风电比例分别上升到10%20%和50%。丹麦政府曾计划到2005年风能的利用达到10%，后调整为2005年达到16%，2006年又进一步提高到2030年总电能的40%～50%。强制性市场准入政策是通过法律法规强制电力供应商购买一定数量或比例的风电产品，为风电的市场需求提供保障，以降低生产商的市场风险、保障经济收益。最典型的是可再生能源配额制。这一政策结合绿证交易制度适度地将市场机制引入风电发展，有利于提高风电自生能力，对世界风电的发展产生极大的促进作用。如美国可再生能源配额制(RPS)要求实施地区的电力消费中必须有规定比例的可再生能源电力，这个义务由供电公司承担；日本可再生能源配额制规定，到2010年每个电力零售商销售电量的1.35%必须来自再生能源；德国规定，电力公司必须允许风电就近上网并包销电量；西班牙规定，能源供给企业必须收购可再生能源电力并给予合理的补偿。强制性购电政策是保障风电消费的硬性措施。目前风电电价高于火电、水电电价，风电的自愿消费有限，使得许多国家制定了风电的强制性购电政策。如，美国1978年通过的公共电力管制政策(PURPA)要求公用电力公司每年必须按“可避免成本”购买合格发电设施所发电力(风电是其中之一)；日本1995年的“电力事业法”修订案规定电力公司必须按当地售价收购风电。2、引导政策（1）激励性引导政策激励性引导政策涉及风电”生产前—生产—市场—消费4个阶段，主要是采用经济手段，吸引对风电的投资，大力支持风电发展。投资激励政策旨在通过拓宽融资渠道、投资补贴、税收减免等手段拓宽融资渠道，提高投资商的投资积极性。目前世界各国风电发展资金来源除政府财政出资和银行贷款外，还有私有资本投资。丹麦大多数风机是由私人或专风能利用合作社购买的，超过15万丹麦家庭或者是风机的持有者或者占有一定股份；德国政府对风电项目给予25%的投资补贴；比利时工业与贸易部给予近海风电25%～30%的投资补贴，同时返还风电0.6美分/(kW·h)的能源税；印度政府为风电投资者提供多种优惠，包括扣除资本费用、免征消费税和营业税，风电项目在投产后的10年内免征80%风电生产所得税。生产激励政策主要是通过补贴、奖励等措施提高生产商的积极性，提高风电总产出。如，德国1989年按电量给予税收返还性质的补贴，支持风电示范项目，1991年起对风电上网提供0.06马克/(kW·h)的补贴《可再生能源法》修订后，对风况较好的海边和海岛前5年奖励8.5美分(约0.144马克)。以后为6美分(约0.102马克)；对风况不好的地方，奖励0.178马克。加拿大从2003年开始执行风电激励政策，为风电提供0.01美元/(kW·h)的补贴。风电电价直接影响风电的市场份额，是制约风电发展的本质问题。对电价进行调控是目前鼓励风电发展的最有效手段。价格调控政策主要是通过政府定价降低风电实际消费价格，扩展风电市场。德国是利用价格调控政策促进风电发展比较成功的国家。他们在风电发展的不同阶段采取不同的电价：1995年可再生能源购电法规定风电上网电价为0.176马克(平均风力发电成本为0.07～0.12马克/(kW·h))，风电建设投资一般5～10年即可全部收回。2000年通过的《可再生能源法》规定“保护价格”，并根据各地风力情况规定保护价收购时间。此外，德国还规定风电上网电价高于平均售电价的部分可上报政府批准后在全网分摊；丹麦曾执行政府补贴政策，即国家定价风电上网电价为0.6丹麦克朗/(kW·h)，其中电网付款0.33丹麦克朗，二氧化碳退税0.10丹麦克朗，国家补贴0.17丹麦克朗。（2）公共服务性引导政策公共服务性政策通过宣传教育、研发投入等引导投资商、生产者和消费者正确认识风电的高效性、战略性与成长性，优化风电发展前景。宣传教育是政府对风电等可再生能源进行信息发布、环保性宣传，以提高消费者消费自觉性。风电具有明显的生态效益。风电消费的普及应建立在公众对这种优势的充分了解之上，故一些国家和组织将宣传教育列为风电发展的促进政策。如，欧盟在专为增加可再生能源的使用和市场份额而实施的Altener项目(可再生能源项目)的2期项目中划拨专项经费用于可再生能源信息的传播；《2010年可再生能源欧洲共同体战略和行动计划》的“启动方案”，通过发放宣传材料、奖励等手段吸引社会对可再生能源的投资；加强可再生能源的信息服务、信息传播，并且将它们列为《欧洲共同体战略白皮书》的重要行动计划。研发投入政策通过加强财政投入支持国际技术合作，大力推进风电产业的技术进步和技术成熟，为风电发展提供技术保障。欧洲各风电公司每年投入到科研、技术开发的资金达到公司产值的10%～20%；丹麦政府在1976～1996年对风电的研发投入总计3.5亿丹麦盾(3.5亿元人民币)；澳大利亚于1995～1997年花费数百万美元进行风力发电试验。环境属性政策是要求常规能源支付污染造成的环境与卫生保健成本、促进电力行业公平竞争的政策，主要有征收生态税、碳税和气候税等，如英国征收的气候费、丹麦对风电实行的二氧化碳税返还政策、荷兰对矿石燃料使用者征收的碳税、瑞典的环境津贴等。第二章风电行业市场调查（海洋、陆地）第一节国际风电行业装机容量分析第二节中国风电装机容量状况第三节中国风电行业区域市场分析第四节中国风电装机容量预测分析第三章风电用钢行业发展状况调查第一节风电用钢行业发展现状（风电用钢的特点，海洋、陆地）第二节陆地风电设备用钢的规格和主要耗材情况（不同部件用钢单耗，不同瓦数用钢单耗）第三节陆地风电不同瓦数设备用钢单耗（规格、型号）第四节海洋风电用钢情况第四章风电用钢行业市场情况分析第一节风电用钢总量分析第二节不同品种钢材风电用钢量分析第三节不同区域风电用钢量分析第四节风电用钢量预测（总量、分品种钢材）第五章风电用钢行业技术发展研究第一节国内外风电用钢技术发展现状我国在风电设备用钢技术上与国际上有一定的差距，尤其是轴承技术更是远远落后与国际，对进口轴承有一定的依赖，严重影响我国风电产业的可持续发展。一、国内风电用钢技术发展现状随着国内风电市场需求的睁大，关键部件配套生产企业有了一定发展，风电产业制造和配套部件专业化生产链逐步形成。国内风电叶片主要采用玻璃纤维，而且生产企业较多，本地化落实情况较好，所用钢材较少，但是要求却非常高，韧性高、耐腐蚀，质量轻；发电机、塔架和齿轮箱等铸件，生产技术比较成熟、技术含量相对较低，市场竞争比较激烈；控制系统虽是我国风电设备零部件中较为薄弱的环节，但是我国整体水平是处在研发试制阶段。因此从风电机组的零部件来看，因风电轴承的技术壁垒比较高，轴承成为市场最为紧缺部件，此外主轴也是大型优质合金钢铸件，冶炼生产工艺基本同轴承，主要依赖进口，对我国风电产业的整体发展有一定的阻碍作用。二、国外风电用钢技术发展现状全球风电市场风电用钢技术主要掌握在几个发达国家，核心技术和专利被欧美国家和日本等垄断，用钢技术发展极为不平衡。欧美在风电领域的技术研发规划,，风电技术的发展趋势已经开始了对现有技术的全面升级，向着大型化、地域化、智能化的方向发展。2011年，全球十大风电设备制造商，丹麦企业维斯塔斯蝉联冠军宝座，市场份额达14.8%。美国GE风电为第3大风电企业，占9.6%。德国Enercon（第5位，7.2%）、印度苏斯兰（第6位，6.9%）、西班牙迦美莎（第8位，6.6%）和德国西门子（第9位，5.9%）。从中可以看出风电设备制造产业，国际几家大公司占去一半以上的份额。风电设备制造中的并网技术和轴承技术掌握在世界SKF、AG、TIMKEN等公司手中，对国际风电产业的发展起到领头羊的作用。在轴承用钢技术和工艺方面SKF是世界领军者。第二节主要风电用钢技术分析一、齿轮箱用钢技术风机机舱中的齿轮箱是定制的，并非通用部件，包括刚性箱体、轴承、齿轮和轴承。主要参照指标如下表：部件材质牌号结构特点原料状态生产企业-刚性箱体一般都采用高强度球墨铸铁QT400-18AL拼装结构或或焊接结构锻造江阴吉鑫、台湾永冠、大连重工、东方电汽、宁波日月、一汽铸造轴承轴承钢GCr15、GCr18Mo轮辐轮缘体锻件锻造主轴承主要依赖进口，国外：SKF、FAG、TLMKEN；国内：洛轴、瓦轴、徐州罗特艾德、浙江天马、西北轴承齿轮齿轮钢20CrMnMo、15CrNi6、17CrNiMo6轮辐轮缘体锻件锻造国内：南高齿、重齿、杭齿、大连重工、二重等。国外：弗兰德、GE、力士乐、汉森、RENK、卓伦等轴合金结构钢42CrMoA、34Cr2Ni2MOA轮辐轮缘体锻件锻造国内：兴澄特钢、东北特钢、上钢五厂；国外：SKF、FAG二、叶片用钢技术叶片造价占整个风电机组成本的15%～20%，相当于每年形成近20亿元的市场容量。世界上著名的风电设备制造企业维斯塔斯(Vestas)、西班牙Gamesa、丹麦LM叶片公司已在天津建立风电叶片厂。目前国内只有中航(保定)惠腾风力设备有限公司、中复连众复合材料集团有限公司、上海玻璃钢研究院、北京玻璃钢研究设计院和天津东汽风电叶片工程公司等生产。虽然国内200～750千瓦风电机组叶片的设计、制造技术已经成熟，并可以实现规模化生产，但是具有市场主流产品兆瓦级叶片的国内企业并不多，生产总量还不能满足国内市场的需求。随着风电的高速发展，风电设备大型化发展，对于叶片的用材提出了更高的要求，钢制叶片逐渐被高复合材料制叶片所取代。三、发电机用钢技术发电机的工业基础较好，整体技术比较成熟，制造企业较多。发电器设备领域的利润率较低，技术含量相对来说也不高，国产化程度较高，而且能够生产火力、水力发电机组的厂商均可以生产风能发电及，现有企业能够满足国内风电产业发展的需要。四、塔筒用钢技术（1）塔筒用钢材质要求塔筒主要材质为：Q345E、Q345D、Q345C的厚板材，法兰材质为Q345D或Q345E，为环形铸件。供应风电塔筒Q345钢的生产企业主要有酒钢、兴澄特钢、鞍钢和宝钢等，宝钢2011年生产风电用钢50.1万吨，酒钢25万吨，生产技术难度不大，在国内一般大型厚板企业均具有生产能力。塔筒对钢材质量的特殊要求主要与地域环境有关。在占全国风能装机容量76%的“三北”地区，冬季最低温度低于零下30度，低温型塔架在选用低合金结构钢材料时，要求对焊缝采用低温脆断的技术措施。对钢材性能要求防止低温脆断裂，要求采取适当处理方法增强材料多次冲击抗力，避免应力集中，避免在低温情况下出现较大的冲击载荷等。（2）塔筒用钢技术工艺以某企业生产Q345E风电用钢的案例介绍第一是从化学成分来分析Q345E作为低合金高强度结构钢中级别不是很高的牌号，本身的技术要求并不是很高。但如何采用最经济的手段生产出满足标准及用户要求的产品，是工艺设计根本出发点之一。Nb、Ti、V是最常用的微合金化元素，以上3种元素对晶界的钉扎作用是依次降低的。在低合金高强度钢中，复合微合金化的作用大于单独加入某种元素的总和。Nb、Ti、V这3种元素都可以在奥氏体或铁素体中沉淀，因为在奥氏体中溶解度大而扩散率小，故在奥氏体中沉淀比在铁素体中缓慢，形变可以加速沉淀过程。一般地，应使在奥氏体中沉淀减至最小，在固溶体中保持较多的合金元素而留待在铁素体中沉淀，这可依靠合金化增加微合元素在奥氏体中的溶解度。例如在含Nb钢中加入Mn或Mo来实现。Q345E选用哪种元素强化，是首要考虑地问题。由于Nb、V、Ti三种合金元素中Ti的价格最低，采用Ti微合金化生产Q345E成本较低，既可达到细晶强化的效果，又可达到降低成本的目的。但是，Ti收得率最不稳定，冶炼操作技术难度较大。综合考虑以上各种因素，Al、Ti、V三种微合金化工艺进行Q345E生产试。轧制及冷却控制厚度≤9mm产品采用常规轧制，其他规格产品采用两阶段控轧工艺。控轧的待温厚度hi=(1.5~3.0)×h0，h0为成品厚度。开轧1050~1100℃，再开轧温度780~820℃。冷却速率根据不同厚度控制在5~15℃/s之间，终冷温度控制在670~700℃。第二是工业试验根据制定的研制开发试验方案，按方案一组织冶炼12炉，按方案二组织冶炼20炉，按方案三组织冶炼2炉。不同微合金化方案生产的钢板力学性能及组织状况见下表：试验方案Rel(Mpa)Rm(Mpa)A(%)-40℃纵向Akv(J)方案一（Al）380~410(396)530~560(542)27~30(28.2)94~175(139)方案一（Ti）360~390(372)500~530(511)28~31(29.3)155~215(173)方案一（V）390~430(405)515~550(533)22~30(27.0)160~210(190)国标要求≥345470~630≥21≥334注：括号内为平均值从检验结果来看，按不同微合金化工艺方案生产的钢板力学性能均满足国标要求。Ti强化钢板强度最低，韧塑性指标较好；Al强化钢板强度适中，但韧性指标富裕量略显不足；V强化钢板强度最高，但延伸率富裕量不足。考虑成本、性能以及钢板表面质量控制等多方面因素，最终确定了Ti+Al微合金化工艺方案，进行了大规模工业生产。五、风电用轴承用钢技术目前国内风电轴承企业的产能主要集中在偏航轴承和变浆轴承上，3MW以下风电设备配套轴承均可批量生产，国产替代率已达到80%以上，年产能已达4万套以上；但对于主轴轴承和增速器轴承，基本还是依靠进口，只有部分企业初步介入，尚处于研制阶段。洛轴、瓦轴和徐州罗特艾德公司、浙江天马和西北轴承可以提供风电用轴承，但是没有经过长期运行考验。我国公司采用国外产品，供货周期较长，对风电机组的产能有一定的影响。风电轴承用钢属于高标准产品。试制生产的难度非常大，风险极高，成分要求钛含量不大于0.0030%；显微非金属夹杂物要求严格，指标达到SKF3要求，并且检验按照IS04967评级，其B类0.5级是19微米长度；宏观夹杂要求严格。风电轴承的工况条件比较恶劣，经受温度、湿度和载荷变化范围很大，偏航和变桨轴承要承受很大的倾覆力矩，增速器轴承在启动和制动时要承受很大的冲击载荷，由于要求风电机组在风速达到3～4m/s的条件下即能启动发电，所以轴承应具有低摩擦力矩、高运转灵活性的特点。另外，最关键的是，由于吊装和更换轴承极为不便且成本较高(一次安装拆卸费用即高达几十万到上百万)，因此，20年的使用寿命及高可靠性，就成为对风电轴承的基本要求，若在质保期内轴承损坏，将进行索赔，带来的经济损失巨大。我国对风电轴承制造方面起步较晚，在研究开发深度和工程应用经验积累方面远远不够。第三节国内外风电用钢技术对比分析一、国内外总态势在风电设备制造产业中，我国与国际上还是有一定差距的。我国整机组装、塔筒制造、发电机等与国际相近。由于用钢技术上存在的差距，致使我国轴承产业要落后于国际，是我国制造的轴承在工艺上和质量上无法满足风电产业的发展需要，主要轴承和大型轴承要依赖进口。在并网技术上，由于用钢技术和设计上无法达到国际水准，也是我国风电产业无法更好的可持续发展。世界上轴承生产商SKF排第一，FAG第二，TIMKEN第三。在轴承用钢技术和工艺方面SKF是世界领军者。二、轴承技术分析风电轴承的关键技术主要有：(1)设计与分析。目前仍以经验类比设计为主，受力分析与载荷谱的研究几近空白。其中的难点技术是针对主轴轴承的要求无故障运转达13×104h以上，并具有95%以上的可靠度；针对齿轮箱轴承的高损坏率(据统计，齿轮箱故障中约80%左右是由轴承失效所致)的高载荷容量设计等。(2)材料。不同部位的轴承采用不同的材料及热处理，如提高偏航和变浆轴承用40CrMo钢的低温(环境温度-40～-30℃，轴承工作温度在-20℃左右)冲击功等力学性能的热处理方法，表面感应淬火的淬硬层深度、表面硬度、软带宽度和表面裂纹(尤其是齿根部位)的控制；增速器轴承用相当于国外STF，HTF钢的研制及控制其残余奥氏体最佳含量的研究；主轴轴承在国产真空脱气钢质量尚存在一定差距的情况下，采用电渣重熔渗碳钢ZG20Cr2Ni4A制造等。(3)防腐蚀与密封。偏航和变桨轴承部分裸露在外，会受到环境污染腐蚀等侵害，因此，要进行满足整个使用寿命期的表面防腐处理。同样重要的，还有防止轴承内部润滑脂泄漏、外界杂质侵入的密封技术。(4)偏航和变桨轴承的特殊游隙要求。由于偏航和变桨轴承要承受不定风力所产生的冲击载荷等，因此，偏航轴承要求小游隙；变桨轴承与偏航轴承相比，由于承受的冲击载荷更大，由叶片传递的振动也大，所以要求为零游隙或者稍负游隙，以减小滚动工作面的微动磨损。(5)偏航和变桨轴承滚道的磨削加工。由于风电设备大型化的趋势，要求轴承具有更高的启动及运转灵活性。所以，偏航和变桨轴承的滚道加工已从常规的精车转变为磨削加工，配套钢球也从G48改变为G20。(6)主轴轴承和变速器轴承的高精度加工。其中最主要是所采用的调心滚子轴承，由于其结构特点，导致在制造上难以实现高精度，通常的最高加工精度仅为P5，而现有的设计精度最高已要求达到P4。(7)变速器轴承用保持架的改进设计。保持架应具有更高的强度和耐磨损性。(8)检测试验。检测试验包括摩擦力矩测量、模拟试验机和试验规程等。我们必须在风电产业发展政策、技术发展规划等方面作出重点布局，在风电用钢技术和工艺方面做出改善，解决风电装备制造业中高端轴承发展滞后的问题。第四节风电用钢技术新动态一、国内风电用钢技术新动态1、风电轴承技术的未来突破上海电气总投资5亿元的高效清洁特大型风电轴承生产线技改项目竣工投产，首台3.6兆瓦海上风电轴承下线。上海电气从引进技术到联合设计，再到自主开发，在轴承研制上走出一条新路。目前，中方技术人员的技术开发能力、过程控制能力均已达到国际水平，成本只相当于进口轴承的2/3，大批量生产后，有望下降到进口轴承的1/2。洛阳LYC轴承有限公司刚刚取得了一项重要突破。拥有自主知识产权的风电齿轮箱轴承专用试验机，经过装配调试、负荷试车，检测各项技术性能指标均达到设计要求，填补了国内轴承行业的空白。该试验机可以完成3兆瓦以下风力发电机增速箱内共18套轴承的试验，为风电增速齿轮箱轴承提供了必要的试验设备和试验手段，为轴承的设计与改型提供重要的实验数据，为轴承产品的工艺方法验证提供重要的判定依据，从而为提高风电增速齿轮箱轴承产品的质量和水平提供了条件。瓦轴集团正与西安交通大学等其他8所参加单位打造紧密型产学研合作模式，推动企业将生产技术与科研成果有机结合，希望为国内轴承行业的整体突破找到一条可行的道路。他们已经建成全球轴承品种最多、生产规模最大、配套机组最全、发电功率最大的风力发电轴承生产基地，在设计研发、工艺制造、检测试验三大技术领域达到了世界水平，成为全球屈指可数的几家能为5兆瓦风力机组配套轴承的企业之一。2、塔筒行业新动态全球首台5兆瓦永磁直驱海上风力发电机组在福清三山镇东沙村的海岸安装成功，将在4月份进行设备调试，预计5月份并网发电。该项目的实施先后攻克了直驱型海上风力发电机组整机集成技术、专有单主轴承同步永磁发电机设计技术、海上风力发电机组冷却系统及防腐防潮设计技术等技术难关，与欧洲已在试运行的几种同功率等级的风机相比，具有结构简单、紧凑，运行可靠、单位功率对应质量最轻、便于维护等特点。这一项目的实施也预示着海洋风电的快速发展时代的来临。海洋风电对塔筒有着严格的要求，必须质量轻，韧性好，抗腐蚀性过关。这就对生产风电设备的企业提出了新的要求，对用钢技术和工艺提出更高的标准。3、风叶行业的新动态国内最大级别的2MW级