摘 要: 文章通過對我國風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、風(fēng)電機組主要技術(shù)來源及存在問題等內(nèi)容的分析, 經(jīng)比較和查閱國內(nèi)外專利和研究動態(tài), 提出了我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)風(fēng)能開發(fā)利用核心競爭技術(shù), 并對設(shè)備的專利技術(shù)趨勢進行分析探討。
關(guān)鍵詞: 風(fēng)電設(shè)備制造; 核心競爭技術(shù); 專利技術(shù)
1 我國風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展狀況
進入21 世紀, 特別是《可再生能源法》的頒布實施, 使我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)駛?cè)肓丝燔嚨馈Ｔ诳茖W(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下以及“十一五”節(jié)能減排目標的制定,風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)也進入了快速發(fā)展期, 大量國有企業(yè)、民營企業(yè)都開始進入該領(lǐng)域。2001 年, 科技部將研制兆瓦級以上雙饋型風(fēng)力發(fā)電機和失速型風(fēng)力發(fā)電機列入國家863 計劃。2005 年, 金風(fēng)科技公司試制出我國第一臺兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機—— 1. 2MW 直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機, 同年沈陽工業(yè)大學(xué)自主研制出1MW 雙饋風(fēng)力發(fā)電機。
1. 1 國內(nèi)正在制造和生產(chǎn)的風(fēng)電機組主要技術(shù)來源
1. 1. 1 引進國外的設(shè)計圖紙和技術(shù), 或者是與國外設(shè)計技術(shù)公司聯(lián)合設(shè)計, 在國內(nèi)進行制造和生產(chǎn)。例如金風(fēng)科技引進的1 200kW、1 500kW 風(fēng)電機組, 現(xiàn)在已在國內(nèi)批量生產(chǎn)和供貨。還有浙江華儀、廣東明陽、國電聯(lián)合動力的1 500kW 機組, 重慶海裝、上海電氣的2 000kW 等公司都是采取這種方式引進的,現(xiàn)在這些公司正在進行樣機試制過程中。
1. 1. 2 購買國外成熟的風(fēng)電技術(shù), 在國內(nèi)進行許可生產(chǎn)。例如金風(fēng)科技的600kW、7 50kW, 浙江運達的750kW、華銳風(fēng)電、東汽的1 500kW、風(fēng)電機組, 都在國內(nèi)成功生產(chǎn)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化, 這些機組是國內(nèi)的主力機型。還有重慶海裝850kW, 保定惠德、武漢國測、吳忠儀表的1 000kW, 上海電氣的1 250kW, 北重的2000kW 等公司都是采取這種方式引進的, 現(xiàn)在這些公司正在進行樣機試制過程中。
1. 2 國內(nèi)正在制造和生產(chǎn)的風(fēng)電機組主要技術(shù)特點
1. 2. 1 雙饋式變槳變速機型, 是目前大部分企業(yè)所采用的風(fēng)電技術(shù), 技術(shù)已成熟, 屬風(fēng)電行業(yè)主流的先進技術(shù)。例如通用電氣、歌美颯、維斯塔斯、蘇司蘭、華銳、東汽、上海電氣、北重、沈陽華創(chuàng)等公司就是采用的這種技術(shù)。
1. 2. 2 直驅(qū)永磁式變槳變速機型, 是近幾年發(fā)展起來的先進技術(shù), 技術(shù)也已成熟, 是未來風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展方向。例如金風(fēng)科技、湘電風(fēng)能、上海萬德、廣西銀河、常州新譽等公司就是采用的這種技術(shù)。
1. 2. 3 失速型定槳定速機型, 不是目前市場的主流技術(shù), 但技術(shù)成熟, 運行維護經(jīng)驗相對豐富, 設(shè)備性能和產(chǎn)能比較穩(wěn)定。如金風(fēng)科技和浙江運達的600kW、7 50kW 機組等。
1. 2. 4 與國外公司合資, 引進國外的成熟技術(shù)在國內(nèi)進行生產(chǎn)。例如航天安迅能、恩德風(fēng)電的1 500kW, 在國內(nèi)已成功生產(chǎn)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。還有湘電風(fēng)能、瑞能北方的2 000kW 等公司都是采取這種方式引進的, 現(xiàn)在這些公司正在進行樣機試制過程中。
1. 2. 5 國外的風(fēng)電機組制造公司在國內(nèi)建立獨資企業(yè), 將其成熟的設(shè)計制造技術(shù)帶來, 在國內(nèi)進行生產(chǎn)。例如歌美颯風(fēng)電的850kW、蘇司蘭的1 250kW、通用電氣的1 500kW、維斯塔斯的2 000kW 機組都是采取這種方式進行生產(chǎn)的, 目前已逐漸開始批量生產(chǎn)。
1. 2. 6 利用國內(nèi)大學(xué)和公司自行設(shè)計的風(fēng)電機組,進行生產(chǎn)。例如沈陽華創(chuàng)、江蘇新譽、浙江運達的1 500kW機組, 上海萬德的1 000kW、南通鍇煉的2 000kW等公司都是采取這種方式進行生產(chǎn)的。
2 我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)存在的問題
目前, 我國大約有60 個風(fēng)機制造廠家, 風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)雖然發(fā)展迅猛, 但也存在許多問題, 主要表現(xiàn)在以下幾方面:
2. 1 依靠國外的技術(shù)生產(chǎn)風(fēng)機不適合我國的地域特點
目前, 能夠具有自主知識產(chǎn)權(quán)并切合中國實際的風(fēng)電整機設(shè)計、制造企業(yè)很少, 這個實際是指中國風(fēng)資源情況、電網(wǎng)情況、地域情況等。僅依靠國外風(fēng)機機型的生產(chǎn)許可證生產(chǎn)的風(fēng)力發(fā)電機, 其原型是按照該國的氣候、地域、電網(wǎng)等條件設(shè)計的, 應(yīng)用到中國就會出現(xiàn)“水土不服”的問題, 因此完全依靠它,遠不能滿足我國風(fēng)電發(fā)展的需求。
2. 2 按照科學(xué)發(fā)展觀, 堅持保證風(fēng)機設(shè)備的制造質(zhì)量
我國多數(shù)風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè), 進入風(fēng)電設(shè)備制造領(lǐng)域時間很短, 大多只有3 年左右的時間, 經(jīng)驗不足, 在目前風(fēng)電大發(fā)展的形勢下, 有些急于求成, 有的樣機還沒有試運轉(zhuǎn)就已經(jīng)拿到不少訂單, 這樣就不能保證質(zhì)量, 質(zhì)量無法保證的話, 那么風(fēng)電場將無法正常運轉(zhuǎn)。另外, 配套的關(guān)鍵部件( 包括齒輪箱、軸承等) 存在著質(zhì)量不穩(wěn)定、數(shù)量供應(yīng)不上的問題, 這樣也會使整機容易出問題。因此有必要考察在我國獨資建廠生產(chǎn)風(fēng)電整機的外企企業(yè), 如維斯塔、Gamesa、S uzlon 公司以及生產(chǎn)關(guān)鍵零部件的ABB、LM 公司等是如何看待質(zhì)量問題, 他們是如何嚴把質(zhì)量關(guān)的, 向他們學(xué)習(xí), 切實保障產(chǎn)品質(zhì)量。
2. 3 國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備零部件企業(yè), 沒有形成專業(yè)化的有效分工以及取得并應(yīng)用國外技術(shù)的經(jīng)驗零部件的專業(yè)化生產(chǎn)是提高風(fēng)力發(fā)電機整機產(chǎn)品質(zhì)量和降低整機生產(chǎn)成本的有效方式。這一點值得我們認真研究、學(xué)習(xí)。
2. 4 風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)的體制建設(shè)
我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)在制度化的體制建設(shè)方面存在漏洞, 也就是說缺乏完整的產(chǎn)品標準和檢測、認證體系, 無法保證風(fēng)電產(chǎn)品能夠達到高標準、高質(zhì)量。
2. 5 人才培養(yǎng)的力度有待加強
在人才培養(yǎng)方面, 缺乏高中級的人才, 比如設(shè)計、安裝、調(diào)試人才和風(fēng)電設(shè)備維修人才, 亟需通過各種政策加大人才培養(yǎng)力度。
2. 6 扶植政策還需要改進
比如上網(wǎng)電價定的太低、稅收方面過高都會影響風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)的健康發(fā)展。電價制定應(yīng)該靈活,例如如果原料物價上漲, 若還按照以前風(fēng)電上網(wǎng)的電價執(zhí)行, 那么風(fēng)電場經(jīng)營者將難以為繼, 這樣就很難保障風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)的健康發(fā)展。
2. 7 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造者應(yīng)該具備立足國內(nèi)、放眼世界的前瞻性技術(shù)開發(fā)思維
例如, 在風(fēng)電機組與電網(wǎng)的關(guān)系方面, 目前電網(wǎng)從安全穩(wěn)定運行的角度出發(fā), 對風(fēng)電機組提出了低電壓超越( LVRT) 、動態(tài)的無功補償問題; 大型發(fā)電廠建立后上網(wǎng)電量波動對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響以及適時調(diào)節(jié)上網(wǎng)電量對風(fēng)電設(shè)備提出的要求等問題; 未來我國的海上風(fēng)電設(shè)備應(yīng)有什么特點等問題。
3 我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)開發(fā)利用核心競爭技術(shù)及專利技術(shù)趨勢
3. 1 風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)開發(fā)利用核心競爭技術(shù)經(jīng)比較和查閱國內(nèi)外專利和研究動態(tài), 我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)風(fēng)能開發(fā)利用核心競爭技術(shù)集中在以下幾方面:
3. 1. 1 大型兆瓦級的風(fēng)電機組構(gòu)件的研制與改進,適于海上和陸地風(fēng)場塔架組件: 塔筒/ 升降機等。
3. 1. 2 旨在降低風(fēng)電成本的技術(shù)和部件研制, 風(fēng)力發(fā)電機的制造成本在過去10 年中降低了50% , 關(guān)鍵環(huán)節(jié)是新技術(shù)和新材料, 更加輕盈和堅硬的玻璃纖維等新型復(fù)合材料用于大功率葉片改進, 以及機艙罩的制造。
3. 1. 3 主動失速、變槳距變轉(zhuǎn)速直接驅(qū)動多極低速發(fā)電機; 變槳距變轉(zhuǎn)速驅(qū)動雙饋異步發(fā)電機; 變速恒頻異步發(fā)電技術(shù)特別是雙饋異步風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。
3. 1. 4 兆瓦級風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的軟并網(wǎng)軟解列技術(shù);風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)用變流器。雙饋電機的無位置以及速度傳感器控制, 通過電機的電壓和電流實時計算出電機的轉(zhuǎn)速, 從而實現(xiàn)無速度傳感器控制。
3. 2 風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)專利趨勢分析
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)在發(fā)展中將不斷面臨新問題, 這就要求我們用新思維、新技術(shù)去探索解決這些問題。以下是對風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)發(fā)展的專利趨勢分析的一些探索。
3. 2. 1 齒輪箱、回轉(zhuǎn)支承的專利技術(shù)趨勢為緊密、輕盈的齒輪變速系統(tǒng)的設(shè)計及低成本材料加工工藝。
3. 2. 2 剎車系統(tǒng)及聯(lián)軸器的專利技術(shù)趨勢為高強度、高機械性能的材料及其制作工藝。
3. 2. 3 塔架組件( 塔筒、升降機) 的專利技術(shù)趨勢為結(jié)構(gòu)和性能良好的構(gòu)件設(shè)計及材料加工工藝。
3. 2. 4 冷卻、潤滑及防腐系統(tǒng)的專利技術(shù)趨勢為便于監(jiān)測、維護的冷卻循環(huán)系統(tǒng)及其冷卻介質(zhì); 機械及表面長效防腐處理及其涂料; 長效潤滑介質(zhì)及其維護。
3. 2. 5 輪轂、鑄鍛件、法蘭、壓鑄件毛坯及加工的專利技術(shù)趨勢為大型構(gòu)件成型工藝及其設(shè)備研制。
3. 2. 6 機艙罩的專利技術(shù)趨勢為質(zhì)優(yōu)、價廉、輕盈的復(fù)合替代材料的成型與應(yīng)用。
3. 2. 7 運輸、安裝、維修服務(wù)及工具的專利技術(shù)趨勢為適于重點大型風(fēng)電設(shè)備運輸、緊固的專用車輛及工具; 重型移動安裝專用設(shè)備、升降操作平臺; 大型專用維修的電動工具等。
風(fēng)能是一種干凈的、儲量豐富、可再生的能源。由于利用簡單, 且機動靈活的特點, 成為新能源開發(fā)的重點方向。風(fēng)電需求的快速增長及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的飛速發(fā)展, 成就了風(fēng)電設(shè)備行業(yè)發(fā)展壯大。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展, 企業(yè)創(chuàng)新意識逐漸增強, 國內(nèi)企業(yè)在風(fēng)力發(fā)電方面表現(xiàn)出較大的潛力, 但產(chǎn)品擁有自主知識產(chǎn)權(quán)較少。風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)需要不斷提升創(chuàng)新能力, 在產(chǎn)品核心技術(shù)和規(guī)模化運作方面要有所突破, 從而提高我國風(fēng)力發(fā)電及應(yīng)用的整體水平。
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