今天的主題有點專業(yè)，估計只有從事風機研發(fā)的專業(yè)人士可能熟悉，當然，我也是從外部談點皮毛，但這對未來陸上5-7MW風機的技術發(fā)展和成本降低具有一定的參考（今天的技術問題如果有不對的地方，歡迎大家留言交流）。
（來源：微信公眾號“球哥看風” ID：colorballwind2020）
如果說中國的大功率風機近兩年的技術進步很快，我相信行業(yè)專家肯定很認可，但是，如果說我們的技術與國際同行技術差距了10多年，大家肯定不相信。
13年前：6MW以上容量風機已經問世
作者對行業(yè)的風機進行了系統(tǒng)的網絡挖掘，終于找到了一篇關于大功率風機（雙饋和半直驅機型）的風機的歷史，在2008年，歌美颯，三菱，ENERCON等風機主機廠都已經開發(fā)出了5-7MW的陸上大容量風機，其中三菱的海上風機已經大批量使用（半直驅），而此時的中國風機，還在1.5MW時代，直到2年后華銳風電的3MW風機才在上海外海矗立。
上述的幾家老牌世界巨頭風機，除了ENERCON執(zhí)著于直驅外，其他都基本上是雙饋風機，或者半直驅。談到雙饋風機，大家都會想到齒輪箱（增速機），而半直驅實際上另外一個名稱叫做中速雙饋，也就是齒輪箱的傳動比在30-50之間，而傳統(tǒng)雙饋風機的專業(yè)名稱實際上可以被稱作高速雙饋，傳動比在120-150之間，只不過半直驅一般會采用永磁直驅的電機作為發(fā)電機。
雙饋風機區(qū)別于直驅風機的一個重要特點：有無齒輪箱。
而世界風電齒輪箱的始祖當屬FLANDER/WINERGY，早期為FLANDER，后來成立WINERGY后就慢慢稱之為威能極（中文英譯名），我們可以從WINERGY的歷史就會發(fā)現(xiàn)，但中國的風電還在萌芽狀態(tài)，WINERGY已經開始了5/6MW的的齒輪箱的高階階段。
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1981 開始開發(fā)用于風力發(fā)電機的齒輪箱
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1984 開始為美國風力發(fā)電項目批量提供約5000臺齒輪箱
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1991 —提供第一臺兆瓦級齒輪箱
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2001 成立Winergy傳動系統(tǒng)公司，美國，并且在Elgin投入生產
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2003 -6MW試驗臺試運行—為REpower 5M發(fā)電機提供5MW齒輪箱
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2004 -7.5MW試驗臺試運行
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2006 -在中國成立Winergy傳動系統(tǒng)有限公司并且在天津投入生產，在天津裝配廠第二臺3.5MW試驗臺的試運行
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2007 -在Voerde主制造廠MW級裝配線包括一個最大功率為14MW的兆瓦級齒輪箱試驗臺的試運行
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從其歷史介紹，在2007年，WINERGY就開始了10MW以上風機的 研發(fā)（14MW試驗臺），整整提前中國14年，如果說他是齒輪箱的王者，我想一點都不為過。
齒輪箱的卡脖子技術：功率/重量比存在瓶頸
從2MW到4MW，到6MW，風機功率上升的倍數是2倍和3倍，理論上來說，同樣的功率，齒輪箱的規(guī)格，重量會大幅上升，而且關鍵核心部件-軸承，齒輪，齒圈的加工難度會增加，這對雙饋風機（包括中速雙饋的半直驅）而言，都是一個門檻。齒輪箱的功率越大，其輸出扭矩就越大，說的直白一點，就是風能傳遞到發(fā)電機的扭矩也越來越大，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，就成為了大功率風機，尤其是雙饋和半直驅風機的一個難點。因為發(fā)電機相對而言要簡單得多。
這里要提到一個專業(yè)單位名詞：NM/kg，就是每千克質量可承載的扭矩。通俗一點就是說，一個十噸的齒輪箱原來可以承受假設10萬NM的扭矩，現(xiàn)在NM/kg的數量提升，可以承受13萬NM的扭矩，意味著同樣質量的齒輪箱，可以輸出比原來高出20%以上的功率。類似比喻，一個汽車發(fā)動機，同樣質量，同樣重量，輸出的扭矩有的是200NM，有的是300NM，而扭矩的數字就決定了發(fā)動機的功率輸出，熟悉汽車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的前列
作者簡單訪問了WINERGY和ZF齒輪箱的網站，都不約而同的答復網頁宣傳一個技術：
扭矩密度突破達到 200 Nm/kg
WINERGY就在最近還專門組織了一次半直驅技術的論壇，旨在推廣其半直驅的混合技術，中速雙饋齒輪箱和永磁直驅的發(fā)電機組合發(fā)電機系統(tǒng)。
我們的 High Densityx 創(chuàng)新式齒輪箱設計將功率密度、可靠性和高效率結合到了一個新的水平。該設計將轉矩密度提高了 25% 以上，達到 200 Nm/kg，同時依靠我們成熟的齒輪箱結構設計，為市場樹立了新的標準。
上述截圖顯示，通過扭矩質量比，既可以判斷出其齒輪箱的質量，更重要的是WINERGY提出中速齒輪箱配套其永磁直驅發(fā)電機的半直驅發(fā)電機系統(tǒng)，同時提供了分片式的直驅發(fā)電機系統(tǒng)，大幅降低制造和運輸成本，不得不說王者就是王者。
同時也提到 了一個中國風電業(yè)界流行的字眼：模塊化和平臺化。很顯然，WINERGY這這一塊顯然走在中國企業(yè)的前面，這兩個專業(yè)化操作確實是中國風電降本的最重要和核心的發(fā)展路徑。
2015年12月，ZF獲得德國政府批準，收購了位于德國威滕和中國北京的兩家工廠以及美國蘇黎世湖服務公司，為此1200名員工正式加入采埃孚(ZF)集團。采埃孚(ZF)風能技術業(yè)務部總部設于比利時隆梅爾，威滕工廠也是風能技術的生產基地。而北京工廠則專門負責風力渦輪機變速箱的生產。采埃孚集團(ZF)是全球領先的傳動與底盤技術以及主動和被動安全技術供應商，在汽車變速箱領域無人敢說第一，總部位于德國Friedrichshafen。2017年位于世界500強第263位。采埃孚在全球風電齒輪圈內不得不服，陸上3.xMW風電齒輪箱累計裝機份額超過該系列產品全球市場的50%，海上6.xMW風電齒輪箱份額超過60%。
應該說ZF在傳動這個圈子里，技術研發(fā)很有思想和眼界，開發(fā)出了全球首款平臺化風電齒輪箱設計平臺SHIFT。此平臺的成功開發(fā)，彰顯了其深厚的技術積淀，并且再一次印證了采埃孚風電在開發(fā)下一代風機齒輪箱領域的全球領先地位。
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1979年進入風電行業(yè)以來，在全球范圍內已經累計安裝了超過65,000臺風電齒輪箱，累計裝機容量達120GW，覆蓋了全球約25%的齒輪驅動風電機組總裝機量。
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交付了全球第一臺海上9.5MW風電齒輪箱，以及擁有全球海上8MW風電齒輪箱的最大裝機量。
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風電領域第一個建立起了齒輪箱模塊化設計與生產平臺，其模塊化設計與制造和智能化概念等技術創(chuàng)新引領著風電齒輪箱技術的發(fā)展。
同樣在其網站主頁，大張旗鼓宣傳：扭矩密度突破200NM/kg，與WINERGY同臺競技。
共有4個平臺3K、4K、6K和7K，通過數據顯示就是我們說的3MW，4MW，6MW和7MW平臺，下列截圖顯示，這對大功率風機的發(fā)展將會帶來多大的積極推動效應，一方面國內齒輪箱企業(yè)奮起直追，一方面可以大幅降低他們的競爭價格。
按當前齒輪箱的功率扭矩密度150NM/kg計算，功率增加20-30%以上（同時扭矩密度達到200NM/kg），齒輪箱可幾乎實現(xiàn)重量不變，這對風機的容量大型化的風機技術產生巨大的影響，過去5MW的風機現(xiàn)在可以實現(xiàn)產品規(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，這對減少風電場的減少用地，風機的成本降低具有非常積極的意義。
當然，齒輪箱的扭矩密度提升，只是解決了大型化風機的一個技術難題，對應風機功率增加還有很多實際問題，但都不是致命的要素，就目前的技術而言，都是可以忽略不計。今天我這里不是要對ZF和WINERGY進行宣傳，我也了解了 一下了國內齒輪箱的相關企業(yè)，也在做相關工作，但距離他們還有一定的距離，也許也已經做到了，但不為外界了解（有些企業(yè)很低調）。
3060給風電的壓力很大，一個就是降本，今天作者談到的齒輪箱技術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。
