王芳

重慶望江工業(yè)有限公司（以下簡稱“望江工業(yè)”）風電產業(yè)總工程師，國家特聘專家，中國齒輪協(xié)會專家委員會委員，中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會委員，研究員級高級工程師，重慶大學兼職教授，博士生導師。英國機械工程師院院士（FIMechE）和工業(yè)顧問（IndustrialAdvisor），英國工程院注冊工程師（CEng）。

隨著風電平價時代的來臨，壓力也傳導至設備廠商。要提高齒輪箱的可靠性與技術水平，戰(zhàn)略定位、技術創(chuàng)新、產業(yè)鏈合作，都要做出相應的調整。

保障市場需求，推動持續(xù)發(fā)展

《風能》：齒輪箱在風電中占據怎樣重要的地位？從目前看，帶齒輪箱和不帶齒輪箱的機組發(fā)展狀況如何？隨著平價時代的來臨，齒輪箱的地位會發(fā)生怎樣的變化？

宋永樂：齒輪箱是風電機組中應用很廣泛的一個重要機械部件，其主要功用是將葉輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉速。齒輪箱承受來自葉輪的作用力和齒輪傳動時產生的反力，必須具有足夠的承載能力去承受力和力矩的作用，保證傳動質量。主流的風電機組大致可以分為帶齒輪箱和不帶齒輪箱兩大類。大家平時在風電場看到的風電機組，葉輪轉得很慢，如果用通常的風電機組發(fā)電，就需要通過齒輪箱來增速，從而滿足發(fā)電機發(fā)電的轉速要求。風電機組中，雙饋機組、高速或中速永磁機組是帶齒輪箱的風電機組：直驅機組是不帶齒輪箱的機組，特點是發(fā)電機轉速低，發(fā)電機需要多電磁極設計。

過去大家經常問到的一個問題：風電機組是直驅的好，還是雙饋的好？或者直驅的和帶齒輪箱的風電機組哪個更有優(yōu)勢？實際上全球業(yè)界也經常爭論這個問題。從風電機組的發(fā)展歷史看，在不同的時期二者各有優(yōu)劣。早期的風電機組帶齒輪箱，但是由于在早期的風電機組系統(tǒng)中工況及設計經驗都不足，所以齒輪箱的故障率偏高，齒輪箱成了風電機組中最薄弱的一環(huán)。為了克服這個缺陷，有的風電機組廠商選擇了直驅方案，直驅不用齒輪箱，葉輪直接驅動發(fā)電機，避開了齒輪箱的薄弱環(huán)節(jié)，但是要考慮發(fā)電機重量的增加，以及成本的增加。

從市場份額看，帶齒輪箱的機組占主流，隨著風電機組實際工況數據庫的完善，整機設計技術及控制技術的提高和齒輪箱設計與制造技術的進步，齒輪箱的故障率逐年降低。根據英國GH公司的全球故障率統(tǒng)計，近年來，齒輪箱已摘掉風電機組中故障率最高的部件的帽子，被電氣部件取代了。從中國的市場來看，齒輪箱制造技術進步很大，可靠性逐年提高。將來風電機組市場如何演變取決于齒輪箱的可靠性，取決于齒輪的制造水平。如果齒輪箱的可靠性提升快，未來帶齒輪箱的機組的成本優(yōu)勢會凸顯出來。尤其在中國風電市場的競爭中，價格是個很大的因素，將來平價上網后，成本問題將非常突出，而齒輪箱是降低風電機組成本非常關鍵的一環(huán)。隨著國內大型齒輪箱設計制造技術的進步，齒輪箱可靠性會大大提高，預計將來在風電機組市場占據絕對份額的狀況會繼續(xù)保持或提高。

《風能》：您認為。國際和國內齒輪箱制造行業(yè)有哪些共同的發(fā)展趨勢？而國內又呈現出哪些特殊性呢？

宋永樂：目前國際和國內風電齒輪箱行業(yè)的共同趨勢主要是向大兆瓦、向海上風電發(fā)展，要求風電機組具有更高的可靠性、更高的功率密度、更低的成本。

國內情況比較特殊，面臨的成本壓力非常大。由于平價/競價上網的國家政策導向，風電行業(yè)都在想方設法降低成本。從技術上看，過去整機廠商設計風電機組時，會特別考慮如何保護齒輪箱免受意外的載荷沖擊，在布局時，讓齒輪箱僅受到純扭矩作用，這樣齒輪箱所受的載荷明確，設計的挑戰(zhàn)性小。但近年來，較多的整機廠商在成本壓力下，在機組布局中也把壓力傳導到齒輪箱身上。舉個例子，有較多的整機廠在設計傳動鏈時提出把主軸的兩個主軸承去掉一個，這樣就從過去的4點支撐變?yōu)?點支撐，齒輪箱就不光要承受扭矩，還要承受過去主軸承受的彎矩，行星架和齒圈都要直接承受輪轂傳過來的6個自由度的載荷，而不是過去只有扭矩一個自由度的載荷，這樣的布局對齒輪箱的設計提出了更高的要求。

加強基礎研究，推動技術創(chuàng)新

《風能》：在發(fā)展風電之時。望江工業(yè)在風電齒輪箱制造上有哪些已有優(yōu)勢和基礎？在技術上有哪些突破？

宋永樂：望江工業(yè)是具有80多年軍工底蘊的大型央企，是大型特種重型機械的制造基地，長期擁有大型裝備研發(fā)、制造、系統(tǒng)集成和質量保障的雄厚實力。風電齒輪箱是公司的核心主業(yè)，并得到集團公司——中國兵器裝備集團的鼎力支持，風電齒輪箱被確定為公司長遠發(fā)展的戰(zhàn)略性產業(yè)。公司擁有國家級特聘專家領銜的創(chuàng)新技術團隊，設計團隊在英國和挪威全面參與過齒輪箱項目設計與培訓，擁有國際領先的大兆瓦級齒輪箱設計研發(fā)平臺，完全掌握風電齒輪箱的先進設計方法和手段，已先后完全自主研發(fā)了1.5MW、2MW、2.5MW、3.0MW、3.6 MW、4 MW、5 MW及6.2MW風電齒輪箱，產品分布19個省（市）不同工況的風電場，其中2013年設計的5MW海上風電齒輪箱，是當時國內第一臺自主設計并通過GL認證的5MW風電齒輪箱，運行性能優(yōu)異，重量與國際同類齒輪箱相當，比國內同行齒輪箱輕10%以上，現已無故障安全運行超過6年，并已實現批量生產。

《風能》：為推動技術創(chuàng)新。公司采取了哪些有效機制？

宋永樂：為推動技術創(chuàng)新，公司積極鼓勵技術團隊開展技術研究、技術儲備，同時也不斷提高技術人員的實際水平。目前公司立項開展技術創(chuàng)新型基礎研究，例如齒輪微點蝕防止的技術、磨削加工及檢測技術的提高、齒輪熱處理性能提升的工藝研究等;開展8-10MW齒輪箱研發(fā)，應用新型技術：建立博士后科研工作站，與重慶大學機械傳動國家重點實驗室聯合成立風電研究中心，加強與高校聯合開展科研項目，例如緊湊型齒輪箱研究、高性能齒輪制造研究等，加強新技術、新材料、新工藝、新設備“四新技術”的研究和應用。在人才引進機制方面，特聘行業(yè)內優(yōu)秀的人才加盟：同時推出技術人才的激勵機制，包括重大節(jié)點獎勵及批產銷售提成等。充分調動設計及制造團隊的主動性和積極性。

適應平價壓力，堅定核心業(yè)務

《風能》：隨著平價時代的來臨。低成本、高質量、輕量化的市場需求帶來新的競爭。設備廠商面臨哪些壓力？

宋永樂：面臨多方面的壓力，一是設計方面，要面向成本和可靠性，傳統(tǒng)的設計方法已經越來越難以滿足市場競爭的需求，急需新的技術突破：二是制造方面，高功率密度要求零部件尺寸盡可能小、精度盡可能高，而國內原材料質量相對較國外低，制造工藝必須提升，特別是熱處理工藝;三是資金壓力，平價時代更要快速響應客戶，需要快速的資金周轉能力。

《風能》：在面對這些變化和趨勢時。望江工業(yè)有哪些戰(zhàn)略調整和應對舉措？

宋永樂：面對這些變化和趨勢，望江工業(yè)始終堅定將齒輪箱作為核心主業(yè)的長遠發(fā)展戰(zhàn)略定位。

在保有現在市場的前提下，望江工業(yè)充分發(fā)揮風電齒輪箱設計團隊的技術優(yōu)勢，積極探索預研8～10MW創(chuàng)新型布局及新技術的運用，設計出新型大兆瓦海上風電齒輪箱，具有高可靠性，低成本，維護成本低的高端重載齒輪箱。同時公司不斷投巨資進行制造與安裝技術的研究，提高熱處理工藝、磨削工藝，先進的安裝工藝，為將來大兆瓦齒輪箱研制和批量生產打下堅實的工藝技術基礎。產業(yè)鏈緊密合作，形成利益共同體

《風能》：風電具有高集成性的特點。您認為。應如何加強產業(yè)鏈的聚合力？

宋永樂：風電齒輪箱產品開發(fā)需要面向全生命周期，面向整機客戶，適應最終用戶，了解客戶需求，提出針對性、系統(tǒng)性的解決方案。過去整機廠商的設計和部件廠商的設計基本分開，聯系不夠緊密。望江工業(yè)基于三維數字化研發(fā)平臺的精益研發(fā)體系，加強與整機企業(yè)的協(xié)同研發(fā)，堅持將齒輪箱設計納入整機系統(tǒng)考慮，強化風電機組傳動鏈匹配性設計與優(yōu)化。整機和關鍵部件供應商應緊密合作，齒輪箱是整個風電機組傳動鏈中的關鍵一環(huán)，齒輪箱設計的好壞直接影響整個風電機組的質量：反過來，整機傳動鏈的設計也影響齒輪箱的運行。舉個例子，風電機組中，振動設計控制是很關鍵的一個環(huán)節(jié)，風電機組轉動時，當葉片經過塔筒重疊時，扭矩會突變，叫做塔筒陰影效應，這就會有一個扭轉振動激勵，在齒輪箱設計時就要避開這種激勵，同時齒輪箱轉動過程中，也會產生齒輪誤差引起的嚙合激勵，整機設計也要檢查避開這些激勵，否則風電機組振動就會很大。齒輪箱開發(fā)中，也需要與供應鏈廠商保持緊密協(xié)同，例如軸承，綜合考慮可靠性、成本、交貨期：開發(fā)的后期需要收集信息，建立完善的應用數據庫，做好改進優(yōu)化工作，使產品更加可靠，維護更容易，并做好齒輪箱運維后市場的開拓。

在實踐過程中，有的風電機組整機廠已深刻認識到這一點，合作非常緊密，目標是一起提高整機的可靠性，同時降低成本，但我們也遇到過有的整機廠信息分享不充分，對提高其風電機組的整體技術非常不利。我們希望將來整機廠商和核心零部件供應商之間能緊密合作，致力于形成利益共同體，建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，優(yōu)化供應商管理體系，這樣對我國風電整機技術水平的提高會有很大的幫助。