摘 要: 文章通過對我國風電設備制造技術的發展現狀、風電機組主要技術來源及存在問題等內容的分析, 經比較和查閱國內外專利和研究動態, 提出了我國風電設備制造業風能開發利用核心競爭技術, 并對設備的專利技術趨勢進行分析探討。
關鍵詞: 風電設備制造; 核心競爭技術; 專利技術
1 我國風電設備制造技術的發展狀況
進入21 世紀, 特別是《可再生能源法》的頒布實施, 使我國風電設備制造業駛入了快車道。在科學發展觀的指導下以及“十一五”節能減排目標的制定,風電設備制造業也進入了快速發展期, 大量國有企業、民營企業都開始進入該領域。2001 年, 科技部將研制兆瓦級以上雙饋型風力發電機和失速型風力發電機列入國家863 計劃。2005 年, 金風科技公司試制出我國第一臺兆瓦級風力發電機—— 1. 2MW 直驅永磁風力發電機, 同年沈陽工業大學自主研制出1MW 雙饋風力發電機。
1. 1 國內正在制造和生產的風電機組主要技術來源
1. 1. 1 引進國外的設計圖紙和技術, 或者是與國外設計技術公司聯合設計, 在國內進行制造和生產。例如金風科技引進的1 200kW、1 500kW 風電機組, 現在已在國內批量生產和供貨。還有浙江華儀、廣東明陽、國電聯合動力的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 購買國外成熟的風電技術, 在國內進行許可生產。例如金風科技的600kW、7 50kW, 浙江運達的750kW、華銳風電、東汽的1 500kW、風電機組, 都在國內成功生產并實現產業化, 這些機組是國內的主力機型。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, 現在這些公司正在進行樣機試制過程中。
1. 2 國內正在制造和生產的風電機組主要技術特點
1. 2. 1 雙饋式變槳變速機型, 是目前大部分企業所采用的風電技術, 技術已成熟, 屬風電行業主流的先進技術。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、沈陽華創等公司就是采用的這種技術。
1. 2. 2 直驅永磁式變槳變速機型, 是近幾年發展起來的先進技術, 技術也已成熟, 是未來風電技術的發展方向。例如金風科技、湘電風能、上海萬德、廣西銀河、常州新譽等公司就是采用的這種技術。
1. 2. 3 失速型定槳定速機型, 不是目前市場的主流技術, 但技術成熟, 運行維護經驗相對豐富, 設備性能和產能比較穩定。如金風科技和浙江運達的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在國內進行生產。例如航天安迅能、恩德風電的1 500kW, 在國內已成功生產并實現產業化。還有湘電風能、瑞能北方的2 000kW 等公司都是采取這種方式引進的, 現在這些公司正在進行樣機試制過程中。
1. 2. 5 國外的風電機組制造公司在國內建立獨資企業, 將其成熟的設計制造技術帶來, 在國內進行生產。例如歌美颯風電的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的, 目前已逐漸開始批量生產。
1. 2. 6 利用國內大學和公司自行設計的風電機組,進行生產。例如沈陽華創、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的。
2 我國風電設備制造業存在的問題
目前, 我國大約有60 個風機制造廠家, 風電設備制造業雖然發展迅猛, 但也存在許多問題, 主要表現在以下幾方面:
2. 1 依靠國外的技術生產風機不適合我國的地域特點
目前, 能夠具有自主知識產權并切合中國實際的風電整機設計、制造企業很少, 這個實際是指中國風資源情況、電網情況、地域情況等。僅依靠國外風機機型的生產許可證生產的風力發電機, 其原型是按照該國的氣候、地域、電網等條件設計的, 應用到中國就會出現“水土不服”的問題, 因此完全依靠它,遠不能滿足我國風電發展的需求。
2. 2 按照科學發展觀, 堅持保證風機設備的制造質量
我國多數風電設備制造企業, 進入風電設備制造領域時間很短, 大多只有3 年左右的時間, 經驗不足, 在目前風電大發展的形勢下, 有些急于求成, 有的樣機還沒有試運轉就已經拿到不少訂單, 這樣就不能保證質量, 質量無法保證的話, 那么風電場將無法正常運轉。另外, 配套的關鍵部件( 包括齒輪箱、軸承等) 存在著質量不穩定、數量供應不上的問題, 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風電整機的外企企業, 如維斯塔、Gamesa、S uzlon 公司以及生產關鍵零部件的ABB、LM 公司等是如何看待質量問題, 他們是如何嚴把質量關的, 向他們學習, 切實保障產品質量。
2. 3 國內風電設備零部件企業, 沒有形成專業化的有效分工以及取得并應用國外技術的經驗零部件的專業化生產是提高風力發電機整機產品質量和降低整機生產成本的有效方式。這一點值得我們認真研究、學習。
2. 4 風電設備制造業的體制建設
我國風電設備制造業在制度化的體制建設方面存在漏洞, 也就是說缺乏完整的產品標準和檢測、認證體系, 無法保證風電產品能夠達到高標準、高質量。
2. 5 人才培養的力度有待加強
在人才培養方面, 缺乏高中級的人才, 比如設計、安裝、調試人才和風電設備維修人才, 亟需通過各種政策加大人才培養力度。
2. 6 扶植政策還需要改進
比如上網電價定的太低、稅收方面過高都會影響風電設備制造業的健康發展。電價制定應該靈活,例如如果原料物價上漲, 若還按照以前風電上網的電價執行, 那么風電場經營者將難以為繼, 這樣就很難保障風力發電設備制造業的健康發展。
2. 7 風力發電設備制造者應該具備立足國內、放眼世界的前瞻性技術開發思維
例如, 在風電機組與電網的關系方面, 目前電網從安全穩定運行的角度出發, 對風電機組提出了低電壓超越( LVRT) 、動態的無功補償問題; 大型發電廠建立后上網電量波動對電網穩定性的影響以及適時調節上網電量對風電設備提出的要求等問題; 未來我國的海上風電設備應有什么特點等問題。
3 我國風電設備制造業開發利用核心競爭技術及專利技術趨勢
3. 1 風電設備制造業開發利用核心競爭技術經比較和查閱國內外專利和研究動態, 我國風電設備制造業風能開發利用核心競爭技術集中在以下幾方面:
3. 1. 1 大型兆瓦級的風電機組構件的研制與改進,適于海上和陸地風場塔架組件: 塔筒/ 升降機等。
3. 1. 2 旨在降低風電成本的技術和部件研制, 風力發電機的制造成本在過去10 年中降低了50% , 關鍵環節是新技術和新材料, 更加輕盈和堅硬的玻璃纖維等新型復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、變槳距變轉速直接驅動多極低速發電機; 變槳距變轉速驅動雙饋異步發電機; 變速恒頻異步發電技術特別是雙饋異步風力發電技術。
3. 1. 4 兆瓦級風力發電系統的軟并網軟解列技術;風力發電并網用變流器。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速, 從而實現無速度傳感器控制。
3. 2 風電設備制造技術專利趨勢分析
風力發電設備制造業在發展中將不斷面臨新問題, 這就要求我們用新思維、新技術去探索解決這些問題。以下是對風電設備制造技術發展的專利趨勢分析的一些探索。
3. 2. 1 齒輪箱、回轉支承的專利技術趨勢為緊密、輕盈的齒輪變速系統的設計及低成本材料加工工藝。
3. 2. 2 剎車系統及聯軸器的專利技術趨勢為高強度、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) 的專利技術趨勢為結構和性能良好的構件設計及材料加工工藝。
3. 2. 4 冷卻、潤滑及防腐系統的專利技術趨勢為便于監測、維護的冷卻循環系統及其冷卻介質; 機械及表面長效防腐處理及其涂料; 長效潤滑介質及其維護。
3. 2. 5 輪轂、鑄鍛件、法蘭、壓鑄件毛坯及加工的專利技術趨勢為大型構件成型工藝及其設備研制。
3. 2. 6 機艙罩的專利技術趨勢為質優、價廉、輕盈的復合替代材料的成型與應用。
3. 2. 7 運輸、安裝、維修服務及工具的專利技術趨勢為適于重點大型風電設備運輸、緊固的專用車輛及工具; 重型移動安裝專用設備、升降操作平臺; 大型專用維修的電動工具等。
風能是一種干凈的、儲量豐富、可再生的能源。由于利用簡單, 且機動靈活的特點, 成為新能源開發的重點方向。風電需求的快速增長及風力發電技術的飛速發展, 成就了風電設備行業發展壯大。隨著我國經濟的發展, 企業創新意識逐漸增強, 國內企業在風力發電方面表現出較大的潛力, 但產品擁有自主知識產權較少。風電設備制造企業需要不斷提升創新能力, 在產品核心技術和規模化運作方面要有所突破, 從而提高我國風力發電及應用的整體水平。
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