在风电机组整机产业快速发展的带动,以及风电装备国产化率政策的引导下,风电零部件制造业日益壮大,生产供应体系日益健全。自20 世纪90 年代我国发展大型风电以来,我国主要依靠原传统工业企业和中外合资企业逐步形成了一批主要零部件制造企业。前一类企业包括齿轮箱(南高齿、重齿)和发电机(北车电机、兰州电机)等制造企业,他们大都是国内从事该类产品研发生产的国有大型重工业企业,凭借其原有的生产和科研基础,逐步探索开发风电零部件产品。后一类企业主要是叶片制造企业(如中航惠腾)。近年来,随着风电产业的快速发展,一大批企业开始积极从事风电零部件的开发生产,进一步扩大完善了生产供应体系。目前,国内已形成涵盖叶片、齿轮箱、发电机、变桨偏航系统、轮毂、塔架等主要零部件的生产体系。
叶片制造
叶片研制企业数量和产能快速增加,产品配套完整。目前,国内能够进行叶片制造或正在进行研发试制的企业有20 多家,代表企业有中航(保定)惠腾风电设备有限公司、连云港中复连众复合材料集团有限公司、上海玻璃钢研究院等,都是通过技术引进或联合设计来获得大功率风电机组叶片的制造技术,已实现批量化生产。中航惠腾目前在我国风电叶片领域处于领先水平,已形成年产2000套600~1.5MW系列化叶片的能力,为国内多家风电整机厂进行配套,占有国产化风机叶片80% 以上的市场份额,目前已开始积极研制2~3MW叶片。国际著名的风电叶片制造企业丹麦艾尔姆(LM)公司已在天津和新疆建立两家叶片制造工厂。除上述叶片生产企业以外,国内正在进行叶片研发试制的企业还有多家,包括保定华翼、保定中能、保定双益、无锡瑞尔、天津东汽、北玻院等。保定华翼风电叶片研究开发公司积极开展叶片设计、模具设计制作、生产工艺、材料及叶片检测等系统研究,参与国家科技支撑计划“3MW海上风电机组叶片研制”、国家863项目“大尺度预弯式风电叶片的设计技术”、“风机先进翼族的设计与实验研究”等。2008 年,全国风电叶片产能总计约为7600副(9400MW)。
图1 风电机组中的零部件图解
齿轮箱制造
主齿轮箱生产企业稳步扩大,产能增加缓慢,产品配套比较完整。我国风电齿轮箱生产企业都是从国家大型齿轮箱企业延伸出来的,如南京高速齿轮制造有限公司、重庆齿轮箱有限责任公司和杭州前进齿轮箱公司,其中前两者占国产化齿轮箱市场份额的80%~90%以上。此外,南高齿还与美国通用开展技术合作,联合开发生产齿轮箱,专为通用公司做配套。其他的企业还有杭前齿、德阳二重等,大连华锐近期也生产齿轮箱,用于整机的配套。齿轮箱外资企业主要是弗兰德机电传动(天津)有限公司,2005年被西门子公司收购后改名西门子机械传动(天津)有限公司,主要为外资整机厂供货。南高齿和重齿通过扩大产能,目前可年产各种型号的风电齿轮箱2000台以上。2008 年,全国齿轮箱规划产能总计约6500台(8400MW),但是实际生产供应能力的扩大在短期内将受工厂建设进度和轴承供给紧张的严重制约。
发电机制造
发电机的工业基础良好,制造企业较多。国内为大型风力发电机组配套生产发电机的企业主要有永济电机、兰州电机、湘潭电机、株洲时代、上海电机、大连天元、东风电机、南洋电机等。目前,北车集团永济厂、兰州电机、株洲南车电机、湘潭电机等企业已实现1.5MW及以下发电机批量生产,包括异步电机、同步双馈电机、永磁电机等。2008 年,全国风力发电机产能总计约5400台(6500MW)。
尽管零部件产业化情况有了较大的进展,但是风电机组的控制系统和变流系统等核心部件的产业化程度较低,仍然是瓶颈问题。控制系统作为风电机组中最关键的核心零部件,目前仍是国内风电设备制造业中最薄弱的环节,也是目前唯一没有实现批量国产化的部件,基本依赖进口,主要来自于丹麦Mita和奥地利Windtec等。控制系统多数由整机研制企业主导开发,目前国内整机制造企业通常采用进口或是与外商合作逐步实现国产化。一些整机制造企业、发电机制造企业及科研院所正在针对兆瓦级变速恒频风电机组引进或研制电控系统。例如,金风公司基本完成了1.5MW直驱永磁风电机组控制系统的开发,该型风机已经于2007年3 月开始投入运营。国内现有的几家独立电控系统研制企业大都处于研发试制阶段,主要有中科院电工所(科诺伟业)、合肥阳光、许继电气、南瑞集团、北京天源科创等。其中,科诺伟业已能批量提供750kW失速型风电机组控制系统,其研制的1.5MW双馈式变速恒频风电机组控制系统已有样机于2006年投入运行,这也是我国第一台具有自主知识产权并在风电场实际并网运行的控制系统。
图2 大型风电齿轮箱
一批外资企业也加快建立面向我国的零部件生产供应能力。博世力士乐在北京建设生产工厂,将从明年面向中国市场生产供应兆瓦级风电主齿轮箱和液压变桨偏航系统。例如,2007年全球三大轴承制造商SKF、FAG、TIMKEN都积极进入中国市场,大多与国内企业合资来开发市场。SKF与新疆金风在产品技术研发、市场运作领域开展合作;FAG与华锐风电签订长期合作协议,为其提供轴承产品和技术。全球领先的玻璃纤维供应商PPG工业集团已在山东淄博形成年产6万t的产能,以满足中国和亚太地区叶片原料需求。
总的来说,发电机、叶片、齿轮箱的产业化发展进程较好,这也是国产化率最高的几种主要部件。但是,随着国内整机企业数量的增加,研发进度的加快,上述部件的产能将会成为整机企业发展的瓶颈。鉴于零部件供应不能满足整机制造的需要,在目前的生产能力基础上,各零部件制造企业都在积极扩大产能。值得指出的是,外资企业也开始批量采购国产零部件,Gamesa的部分发电机由淄博牵引电机提供,GE Wind 的部分控制系统由上海惠亚电子提供。
存在的问题
通过引进技术的初步消化吸收,国内企业已拥有较全面的技术理论知识和制造经验,对风电机组的总体需求、技术方案特点、主要部件的参数指标都已经有了较明确的认识。我国风电设备制造业也存在不可忽视的问题和障碍,主要包括:
核心技术水平和自主创新能力仍然比较低,制约我国风电产业自主化发展。
大批MW级新型风电机组产品匆忙投入规模化生产运行,质量和运行可靠性问题突出,增加了技术和经济风险。
产业链上下游不协调,合格可靠的关键零部件生产供应能力相对低下,对我国有效形成MW级先进风电机组产能构成明显制约。
行业缺乏总体发展战略、深度协作和资源整合,产业发展仍然混乱、效率低下。
全球风电设备技术和产业发展迅速,未来国际技术产业竞争压力仍然很大。
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