今天的主題有點(diǎn)專(zhuān)業(yè)，估計(jì)只有從事風(fēng)機(jī)研發(fā)的專(zhuān)業(yè)人士可能熟悉，當(dāng)然，我也是從外部談點(diǎn)皮毛，但這對(duì)未來(lái)陸上5-7MW風(fēng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展和成本降低具有一定的參考（今天的技術(shù)問(wèn)題如果有不對(duì)的地方，歡迎大家留言交流）。
（來(lái)源：微信公眾號(hào)“球哥看風(fēng)” ID：colorballwind2020）
如果說(shuō)中國(guó)的大功率風(fēng)機(jī)近兩年的技術(shù)進(jìn)步很快，我相信行業(yè)專(zhuān)家肯定很認(rèn)可，但是，如果說(shuō)我們的技術(shù)與國(guó)際同行技術(shù)差距了10多年，大家肯定不相信。
13年前：6MW以上容量風(fēng)機(jī)已經(jīng)問(wèn)世
作者對(duì)行業(yè)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)挖掘，終于找到了一篇關(guān)于大功率風(fēng)機(jī)（雙饋和半直驅(qū)機(jī)型）的風(fēng)機(jī)的歷史，在2008年，歌美颯，三菱，ENERCON等風(fēng)機(jī)主機(jī)廠(chǎng)都已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了5-7MW的陸上大容量風(fēng)機(jī)，其中三菱的海上風(fēng)機(jī)已經(jīng)大批量使用（半直驅(qū)），而此時(shí)的中國(guó)風(fēng)機(jī)，還在1.5MW時(shí)代，直到2年后華銳風(fēng)電的3MW風(fēng)機(jī)才在上海外海矗立。
青銅還是王者：行業(yè)巨頭從來(lái)都是實(shí)力說(shuō)話(huà)
上述的幾家老牌世界巨頭風(fēng)機(jī)，除了ENERCON執(zhí)著于直驅(qū)外，其他都基本上是雙饋風(fēng)機(jī)，或者半直驅(qū)。談到雙饋風(fēng)機(jī)，大家都會(huì)想到齒輪箱（增速機(jī)），而半直驅(qū)實(shí)際上另外一個(gè)名稱(chēng)叫做中速雙饋，也就是齒輪箱的傳動(dòng)比在30-50之間，而傳統(tǒng)雙饋風(fēng)機(jī)的專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)實(shí)際上可以被稱(chēng)作高速雙饋，傳動(dòng)比在120-150之間，只不過(guò)半直驅(qū)一般會(huì)采用永磁直驅(qū)的電機(jī)作為發(fā)電機(jī)。
雙饋風(fēng)機(jī)區(qū)別于直驅(qū)風(fēng)機(jī)的一個(gè)重要特點(diǎn)：有無(wú)齒輪箱。
而世界風(fēng)電齒輪箱的始祖當(dāng)屬FLANDER/WINERGY，早期為FLANDER，后來(lái)成立WINERGY后就慢慢稱(chēng)之為威能極（中文英譯名），我們可以從WINERGY的歷史就會(huì)發(fā)現(xiàn)，但中國(guó)的風(fēng)電還在萌芽狀態(tài)，WINERGY已經(jīng)開(kāi)始了5/6MW的的齒輪箱的高階階段。
1981 開(kāi)始開(kāi)發(fā)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪箱
1984 開(kāi)始為美國(guó)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目批量提供約5000臺(tái)齒輪箱
1991 —提供第一臺(tái)兆瓦級(jí)齒輪箱
2001 成立Winergy傳動(dòng)系統(tǒng)公司，美國(guó)，并且在Elgin投入生產(chǎn)
2003 -6MW試驗(yàn)臺(tái)試運(yùn)行—為REpower 5M發(fā)電機(jī)提供5MW齒輪箱
2004 -7.5MW試驗(yàn)臺(tái)試運(yùn)行
2006 -在中國(guó)成立Winergy傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司并且在天津投入生產(chǎn)，在天津裝配廠(chǎng)第二臺(tái)3.5MW試驗(yàn)臺(tái)的試運(yùn)行
2007 -在Voerde主制造廠(chǎng)MW級(jí)裝配線(xiàn)包括一個(gè)最大功率為14MW的兆瓦級(jí)齒輪箱試驗(yàn)臺(tái)的試運(yùn)行
從其歷史介紹，在2007年，WINERGY就開(kāi)始了10MW以上風(fēng)機(jī)的 研發(fā)（14MW試驗(yàn)臺(tái)），整整提前中國(guó)14年，如果說(shuō)他是齒輪箱的王者，我想一點(diǎn)都不為過(guò)。
齒輪箱的卡脖子技術(shù)：功率/重量比存在瓶頸
從2MW到4MW，到6MW，風(fēng)機(jī)功率上升的倍數(shù)是2倍和3倍，理論上來(lái)說(shuō)，同樣的功率，齒輪箱的規(guī)格，重量會(huì)大幅上升，而且關(guān)鍵核心部件-軸承，齒輪，齒圈的加工難度會(huì)增加，這對(duì)雙饋風(fēng)機(jī)（包括中速雙饋的半直驅(qū)）而言，都是一個(gè)門(mén)檻。齒輪箱的功率越大，其輸出扭矩就越大，說(shuō)的直白一點(diǎn)，就是風(fēng)能傳遞到發(fā)電機(jī)的扭矩也越來(lái)越大，如何在增大扭矩的前提下，不增加太大齒輪箱的尺寸規(guī)格和重量，就成為了大功率風(fēng)機(jī)，尤其是雙饋和半直驅(qū)風(fēng)機(jī)的一個(gè)難點(diǎn)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)相對(duì)而言要簡(jiǎn)單得多。
這里要提到一個(gè)專(zhuān)業(yè)單位名詞：NM/kg，就是每千克質(zhì)量可承載的扭矩。通俗一點(diǎn)就是說(shuō)，一個(gè)十噸的齒輪箱原來(lái)可以承受假設(shè)10萬(wàn)NM的扭矩，現(xiàn)在NM/kg的數(shù)量提升，可以承受13萬(wàn)NM的扭矩，意味著同樣質(zhì)量的齒輪箱，可以輸出比原來(lái)高出20%以上的功率。類(lèi)似比喻，一個(gè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，同樣質(zhì)量，同樣重量，輸出的扭矩有的是200NM，有的是300NM，而扭矩的數(shù)字就決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，熟悉汽車(chē)的人士我想都能理解。
WINERGY /ZF:或已走在高扭矩密度齒輪箱技術(shù)的前列
作者簡(jiǎn)單訪(fǎng)問(wèn)了WINERGY和ZF齒輪箱的網(wǎng)站，都不約而同的答復(fù)網(wǎng)頁(yè)宣傳一個(gè)技術(shù)：
扭矩密度突破達(dá)到 200 Nm/kg
WINERGY就在最近還專(zhuān)門(mén)組織了一次半直驅(qū)技術(shù)的論壇，旨在推廣其半直驅(qū)的混合技術(shù)，中速雙饋齒輪箱和永磁直驅(qū)的發(fā)電機(jī)組合發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。
我們的 High Densityx 創(chuàng)新式齒輪箱設(shè)計(jì)將功率密度、可靠性和高效率結(jié)合到了一個(gè)新的水平。該設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)矩密度提高了 25% 以上，達(dá)到 200 Nm/kg，同時(shí)依靠我們成熟的齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為市場(chǎng)樹(shù)立了新的標(biāo)準(zhǔn)。
上述截圖顯示，通過(guò)扭矩質(zhì)量比，既可以判斷出其齒輪箱的質(zhì)量，更重要的是WINERGY提出中速齒輪箱配套其永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的半直驅(qū)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)提供了分片式的直驅(qū)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，大幅降低制造和運(yùn)輸成本，不得不說(shuō)王者就是王者。
同時(shí)也提到 了一個(gè)中國(guó)風(fēng)電業(yè)界流行的字眼：模塊化和平臺(tái)化。很顯然，WINERGY這這一塊顯然走在中國(guó)企業(yè)的前面，這兩個(gè)專(zhuān)業(yè)化操作確實(shí)是中國(guó)風(fēng)電降本的最重要和核心的發(fā)展路徑。
2015年12月，ZF獲得德國(guó)政府批準(zhǔn)，收購(gòu)了位于德國(guó)威滕和中國(guó)北京的兩家工廠(chǎng)以及美國(guó)蘇黎世湖服務(wù)公司，為此1200名員工正式加入采埃孚(ZF)集團(tuán)。采埃孚(ZF)風(fēng)能技術(shù)業(yè)務(wù)部總部設(shè)于比利時(shí)隆梅爾，威滕工廠(chǎng)也是風(fēng)能技術(shù)的生產(chǎn)基地。而北京工廠(chǎng)則專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)風(fēng)力渦輪機(jī)變速箱的生產(chǎn)。采埃孚集團(tuán)(ZF)是全球領(lǐng)先的傳動(dòng)與底盤(pán)技術(shù)以及主動(dòng)和被動(dòng)安全技術(shù)供應(yīng)商，在汽車(chē)變速箱領(lǐng)域無(wú)人敢說(shuō)第一，總部位于德國(guó)Friedrichshafen。2017年位于世界500強(qiáng)第263位。采埃孚在全球風(fēng)電齒輪圈內(nèi)不得不服，陸上3.xMW風(fēng)電齒輪箱累計(jì)裝機(jī)份額超過(guò)該系列產(chǎn)品全球市場(chǎng)的50%，海上6.xMW風(fēng)電齒輪箱份額超過(guò)60%。
應(yīng)該說(shuō)ZF在傳動(dòng)這個(gè)圈子里，技術(shù)研發(fā)很有思想和眼界，開(kāi)發(fā)出了全球首款平臺(tái)化風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)平臺(tái)SHIFT。此平臺(tái)的成功開(kāi)發(fā)，彰顯了其深厚的技術(shù)積淀，并且再一次印證了采埃孚風(fēng)電在開(kāi)發(fā)下一代風(fēng)機(jī)齒輪箱領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位。
1979年進(jìn)入風(fēng)電行業(yè)以來(lái)，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)累計(jì)安裝了超過(guò)65,000臺(tái)風(fēng)電齒輪箱，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)120GW，覆蓋了全球約25%的齒輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)電機(jī)組總裝機(jī)量。
交付了全球第一臺(tái)海上9.5MW風(fēng)電齒輪箱，以及擁有全球海上8MW風(fēng)電齒輪箱的最大裝機(jī)量。
風(fēng)電領(lǐng)域第一個(gè)建立起了齒輪箱模塊化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)平臺(tái)，其模塊化設(shè)計(jì)與制造和智能化概念等技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)著風(fēng)電齒輪箱技術(shù)的發(fā)展。
同樣在其網(wǎng)站主頁(yè)，大張旗鼓宣傳：扭矩密度突破200NM/kg，與WINERGY同臺(tái)競(jìng)技。
在平臺(tái)化方面，ZF更是高調(diào)宣傳！
共有4個(gè)平臺(tái)3K、4K、6K和7K，通過(guò)數(shù)據(jù)顯示就是我們說(shuō)的3MW，4MW，6MW和7MW平臺(tái)，下列截圖顯示，這對(duì)大功率風(fēng)機(jī)的發(fā)展將會(huì)帶來(lái)多大的積極推動(dòng)效應(yīng)，一方面國(guó)內(nèi)齒輪箱企業(yè)奮起直追，一方面可以大幅降低他們的競(jìng)爭(zhēng)價(jià)格。
4個(gè)平臺(tái)參數(shù)
高扭矩密度齒輪箱:雙饋/半直驅(qū)風(fēng)機(jī)大型化的重要技術(shù)支撐
按當(dāng)前齒輪箱的功率扭矩密度150NM/kg計(jì)算，功率增加20-30%以上（同時(shí)扭矩密度達(dá)到200NM/kg），齒輪箱可幾乎實(shí)現(xiàn)重量不變，這對(duì)風(fēng)機(jī)的容量大型化的風(fēng)機(jī)技術(shù)產(chǎn)生巨大的影響，過(guò)去5MW的風(fēng)機(jī)現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格（尺寸）不做太大變化，重量不增加太多（同比容量增加比例的一半甚至更低）的情況下，直接上升到6.5MW左右，這對(duì)減少風(fēng)電場(chǎng)的減少用地，風(fēng)機(jī)的成本降低具有非常積極的意義。
當(dāng)然，齒輪箱的扭矩密度提升，只是解決了大型化風(fēng)機(jī)的一個(gè)技術(shù)難題，對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)功率增加還有很多實(shí)際問(wèn)題，但都不是致命的要素，就目前的技術(shù)而言，都是可以忽略不計(jì)。今天我這里不是要對(duì)ZF和WINERGY進(jìn)行宣傳，我也了解了 一下了國(guó)內(nèi)齒輪箱的相關(guān)企業(yè)，也在做相關(guān)工作，但距離他們還有一定的距離，也許也已經(jīng)做到了，但不為外界了解（有些企業(yè)很低調(diào)）。
3060給風(fēng)電的壓力很大，一個(gè)就是降本，今天作者談到的齒輪箱技術(shù)目的就是給降本提供了 一條很重要的思路，思路決定出路，相信行業(yè)大咖企業(yè)們也非常熟悉和了解這些。
評(píng)論