[00958345]风力发电机传动系统减震降噪技术研究

中国有着十分丰富的风能资源。据中国气象科学研究院估计，全国陆地10米高度层风能资源总储量为32.26亿kW，实际可以开发的风能储量为2.53亿kW。除了东部及沿海地带外，风能主要分布在西北、华北和东北地区。但由于起步晚，真正开始大规模进行风电机组的研究及应用始于九十年代中期。当前中国风机装机容量为100万kW，风机台数约1300台。风电装机容量在中国总电力装机容量中仅占0.13%，装机容量远远落后于发达国家。国际上风力发电设备的主要发展潮流是：(1)单机容量增大(兆瓦级)。为了提高风能利用率和发电效益，风力发电机组正向着增大单机容量，减轻单位千瓦重量，提高转换效率及机组可靠性等方向发展。世界主流机型为1.5MW～2.0MW，世界最大的5MW机组已在2005年初投入试运行。(2)传动结构形式多样。常见结构有中间添加增速箱型、直接驱动型等。在未来相当长的时间内，考虑成本、维护、运输等方面，带有增速传动系统的兆瓦级风电机组仍将是市场的主流和研究的重点。国外风电设备制造商主要有：Winergy、Einhoff、Renk、Hansen、Rexroth等，主要产品规格为1.5～3.5MW，最大已达5MW，产品性能良好，可靠性高，传动型式主要为NGW行星与圆柱齿轮组合和NW行星与圆柱齿轮组合等形式。开发研制了不少新型的传动形式。中国风电设备设计、制造水平还较落后，主要部件仍依赖进口，截止2004年底的76.4万kW风电总装机容量中，82%是进口设备。近些年来，进口设备比重虽略有下降，但还是比较高的原因是国内产能不足、国产设备质量相对较差，850kW以上机组国内没有批量生产的能力。国产风电机组的主流机型多为600kW～850kW，虽然技术已比较成熟，但仍存在传动系统部件寿命短、设备可靠性低等情况，风力发电传动系统落后的状况严重制约了中国对风能的利用水平。特别是对于风电机组主要部件—传动系统的设计和制造，已远远落后于发达国家。国内一些大生产企业虽也进行了研制，并有1.5MW和2.0MW的样机进行了应用试验，但和国外相比，在寿命、可靠性、规格、体积和承载能力等方面均由于存在技术障碍和严重缺陷而不能满足实际使用要求，传动系统的开发及制造已成为制约中国风电技术应用及发展的关键课题。风电机组利用风轮将风能转化为机械能，再带动发电机将机械能转化为电能。由于风轮的转速较低，而发电机要求工作在较高的转速下，因此必须利用增速齿轮箱将风轮的转速升高，增速箱是整个风电机组的关键部件。西安理工大学在机械传动技术的研究上起步较早，具有较强的机械传动技术研究能力和丰富的设计经验。中国重型机械研究院已有多年千瓦级风电传动机械制造及供销的基础，其中2007年10月中国重型机械研究院的千瓦级风电传动箱已经销售过亿元，因此西安理工大学与中国重型机械研究院的合作将大大降低该项目的研发设计风险，为项目的顺利进行提供良好的条件。2009年1月～2009年7月，样机进行动态仿真分析，样机制造；2009年7月～2009年11月，样机试验及数据分析；2009年12月～2010年3月，现场性能试验分析，结构和工艺改进、完善；2010年4月，项目验收。国内能批量生产风力发电设备的新疆金风公司只能生产装机容量小于750kW的风力发电设备，产品设备结构单一、容量小，且设备的其他技术指标也与国外的有较大差距。刚刚发展起来国内其他风电设备制造厂如：华锐、浙江运达、东汽、哈电和惠德等产量一年最多也只有十几台。由于叶片、传动系统、发电机等主要风机部件均有一定的技术要求，进入门槛不低。尽管今后产品单级价格下滑，但也可以从风电大发展当中显著获益，年销售额增长预计在50%以上。预计2010年全球的风电装机总容量将达到50万MW，到2020年，风力发电将占世界电力总量的12%。届时世界风电的装机容量将达到123.1MW，发电量约为30000亿度。全世界风电工业规模约为120亿美元，预计到2020年可望达到1200亿美元，中国到2020年风电设备的市场容量将达1200亿元人民币。风电装机容量在中国总电力装机容量中仅占0.13%，与发达国家相比，尚存在着相当大的差距。随着近几年中国经济的高速发展，能源供应紧张和环境保护形势的双重压力，使得政府及业界相关人士对大力发展风电产业形成了共识。中国的可再生能源法已于2006年1月1日实施，风电产业发展的相关政策及优惠措施将陆续到位，将会使风电产业将会在中国进入一个高速发展的历史时期。根据国家发改委的规划，中国到2020年达到3万MW，届时将占全国电力装机容量的2%，扣除已完成的装机量，尚需完成装机29000台，平均每年装机2000台，因此有着巨大的市场前景。通常按传动系统造价占整机比重为14%～17%计算，则到2020年国内整个风电市场的总资金容量约为170亿人民币。国内外风电机组正朝着兆瓦级方向不断发展。国外兆瓦级的设备已经投入使用，且1.5MW的风电机组已经成为各大风电场的主力机型。多兆瓦级的风电机组正在研制之中。国内早期合资的一些厂商由于没有核心技术，所生产的主要部件都需要依赖国外的几大厂商。国内，重庆齿轮箱厂、南京高精齿轮集团等都采用引进国外技术，消化吸收后进行产业化生产。增速传动系统作为风电机组的核心部件，因其工况的复杂性和恶劣性存在着较强的技术风险，其进入门槛不低。国内还没有真正的自主制造能力。正是在此背景下，我校与中国重型机械研究院合作，在研制新型增速传动系统的同时逐步缩小与国外先进技术的差距。该项目研制完成后可提升中国风力发电机组的整体水平和市场竞争力，缩小与国外的差距，同时为中国开发近海风电场提供有力的支撑(主要是2.5MW和3.0MW的产品)，促进风电技术在中国的推广及应用。同时，还可大大缓解风电机组增速传动系统供应紧张的局面，可以替代进口产品，并可为国外风电机组提供配套部件，带动及促进国内传动基础件行业的发展及水平提升。