當(dāng)風(fēng)電全部實(shí)現(xiàn)市場化，市場到底需要什么樣的風(fēng)電機(jī)組？不同的人會給出不同的答案，其中最多被提及的，是需要成本可控且可靠性更高的產(chǎn)品。

新能源全量入市新政（136號文）的出臺，意味著風(fēng)電不再擁有以往的固定電價，而是隨市場價格波動。

“如何在電價高時穩(wěn)定發(fā)電變得至關(guān)重要。隨著單機(jī)功率越來越大，一臺機(jī)組出現(xiàn)故障，會帶來比以往更大的損失，尤其是在電價高時，無法發(fā)電損失將更大?！边h(yuǎn)景能源風(fēng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)管理負(fù)責(zé)人、風(fēng)機(jī)產(chǎn)品線副總經(jīng)理楊亞文認(rèn)為。

全面市場化還會在一定程度上導(dǎo)致電價下行。風(fēng)電項目的投資成本，特別是其最重要的組成部分之一

——風(fēng)電機(jī)組制造成本，也需要得到有效控制。

作為將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的核心系統(tǒng)，由主軸系、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵零部件構(gòu)成的傳動鏈，也被譽(yù)為風(fēng)電機(jī)組的心臟。這三大部件需要相互高效配合進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，運(yùn)作過程頗為復(fù)雜，對風(fēng)電機(jī)組的可靠運(yùn)行影響至深。

因而，傳動鏈技術(shù)水平的高低，直接決定了機(jī)組的性能優(yōu)劣。它的每一次革新，也將深刻影響風(fēng)電技術(shù)走向。

三種方案提升傳動鏈集成度

按照第一性原理，傳動鏈集成的意義是去掉不創(chuàng)造價值的零件，縮短兩個部件之間的空間，降低系統(tǒng)重量、體積。

據(jù)了解，目前我國風(fēng)電機(jī)組的傳動鏈集成方式分為三種，

一是低速集成，二是高速集成，三是全集成。

其中低速集成是指主軸系統(tǒng)和齒輪箱低速部分集成在一起。也就是說，要將由兩個TRB（圓錐滾子軸承）+主軸+軸承座所組成的低速主軸系統(tǒng)與齒輪箱合二為一，將齒圈直接固定在主軸軸承座上，行星架直接固定在主軸上。

對于葉輪直徑在200米以上的風(fēng)電機(jī)組，采用低速集成方案的可靠性會更高，

這意味著10MW以上的風(fēng)電機(jī)組都適合采用低速集成方案。

高速集成則是齒輪箱高速輸出部分與發(fā)電機(jī)之間的集成化。當(dāng)機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到15MW及以上時，高速發(fā)電機(jī)的軸承、齒輪箱聯(lián)軸器和軸承都將面臨較大挑戰(zhàn)。因此此類

高速集成方案，大多用于15MW以上的機(jī)型，具備較高的系統(tǒng)可靠性。

“至少未來五年，我們認(rèn)為陸上12-15MW級別機(jī)組低速集成、高速不集成的雙饋方案從可靠性、可交付性更具有綜合競爭力?！睏顏單母嬖V《風(fēng)能》。

全集成則是指傳動鏈的低速與高速端都實(shí)現(xiàn)了集成。楊亞文認(rèn)為，全集成傳動鏈將成為未來海上大兆瓦風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的大趨勢，尤其

當(dāng)未來深遠(yuǎn)海市場打開后，采用全集成傳動鏈的中速永磁技術(shù)路線，將成為15MW以上的海上大容量機(jī)型的最優(yōu)方案。

目前我國已有多家整機(jī)企業(yè)推出了全集成傳動鏈風(fēng)電機(jī)組。以遠(yuǎn)景能源為例，其“Model Z Pro海上大兆瓦風(fēng)機(jī)平臺”最新下線的EN-272/16.7MW機(jī)型，正是全集成傳動鏈產(chǎn)品。

“2022年，遠(yuǎn)景成功開發(fā)出中國首個原生態(tài)低速集成式高速雙饋大兆瓦傳動鏈，已在遠(yuǎn)景陸上Model T平臺機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行三年；2023年，高速集成傳動鏈技術(shù)也已在遠(yuǎn)景Model Z海上機(jī)組得到充分驗證?！?/p>

楊亞文表示：

“對于全集成傳動鏈，遠(yuǎn)景采用了較為穩(wěn)妥的方式，對高低速集成技術(shù)都摸索得比較成熟后，才推向市場?！?/p>

傳動鏈的集成化發(fā)展，也改變了風(fēng)電機(jī)組的裝配方式。以前的關(guān)鍵零部件相互獨(dú)立，制造方式猶如搭積木，生產(chǎn)廠商不一定需要具備技術(shù)深度的穿透能力和精細(xì)的裝配能力。以低速集成為例，如今的情況是如果缺少了低速主軸，齒輪箱都已無法獨(dú)立安裝和測試，因為很多部件需要直接固定在低速主軸系統(tǒng)上，需要將低速主軸和齒輪箱都在齒輪箱工廠中進(jìn)行裝配和出廠測試，才能保證其在風(fēng)場的可靠性。高速集成也是一樣的道理，需要將齒輪箱與發(fā)電機(jī)放在同一個工廠中進(jìn)行集成測試。

這都要求企業(yè)具備更深度的關(guān)鍵零部件整合能力。

兩個環(huán)節(jié)增強(qiáng)齒輪箱扭矩密度

“傳動鏈的中間部分是齒輪箱，我們對傳動鏈的優(yōu)化以齒輪箱為中心?！睏顏單慕榻B：“如果齒輪箱的體積更小，重量更輕，就會提高整個傳動鏈甚至風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的競爭力?！?/p>

楊亞文進(jìn)一步解釋，首先，低速主軸承擔(dān)了齒輪箱、發(fā)動機(jī)的部分重量和載荷，因此當(dāng)齒輪箱變小，主軸的載荷也會有所減少。其次，齒輪箱更小后，相應(yīng)連接部件的接口也可以做小，更易應(yīng)對運(yùn)輸過程中的限高限寬限重。

在追求齒輪箱輕量化的過程中，業(yè)內(nèi)將扭矩密度作為核心衡量標(biāo)準(zhǔn)。扭矩密度等于扭矩除以重量，也就是指每1kg重量所能夠傳遞的載荷。換言之，在載荷相同的情況下，齒輪箱扭矩密度越高，重量和體積就會更小。

齒輪箱扭矩密度近年來進(jìn)步明顯。5年前，當(dāng)我國風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量在2MW時，采用兩級行星齒輪箱，扭矩密度在140N·m/kg左右。如今業(yè)內(nèi)三級行星齒輪箱的扭矩密度普遍達(dá)到了250N·m/kg-260N·m/kg，個別廠家的產(chǎn)品參數(shù)會更高。據(jù)楊亞文判斷，

未來出現(xiàn)300N·m/kg扭矩密度的齒輪箱將是大概率事件。

對于如何進(jìn)一步提升齒輪箱扭矩密度，楊亞文認(rèn)為，首先是要提升材料性能與檢測標(biāo)準(zhǔn)。他以遠(yuǎn)景能源自研自制齒輪箱的研發(fā)為例介紹道：“我們超越現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，建立了一個比國際標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的遠(yuǎn)景標(biāo)準(zhǔn)。比如齒輪箱齒輪和軸承失效往往起源于材料缺陷，為此遠(yuǎn)景在5年前就引入EVA材料缺陷評估方法，檢測標(biāo)準(zhǔn)比歐洲最高標(biāo)準(zhǔn)還要高一倍為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)景的齒輪箱鋼材均采用非標(biāo)定制?！?/p>

除材料性能外，進(jìn)一步提升齒輪箱扭矩密度，還需要對齒輪箱結(jié)構(gòu)與制造精度進(jìn)行優(yōu)化。

“遠(yuǎn)景計算過扭矩密度，2-4MW齒輪箱可以使用兩級行星軸+3到4個行星輪的結(jié)構(gòu)，但到6MW時我們打破了傳統(tǒng)方式，采用了兩級行星軸+5個行星輪的結(jié)構(gòu)，扭矩密度提升明顯。后來我們又做了7-8個行星輪的設(shè)計，當(dāng)前也在探索9-10個行星輪的技術(shù)?！睏顏單谋硎荆骸拔覀冊谘邪l(fā)新型齒輪箱的過程中，

處處體現(xiàn)了‘大膽假設(shè)，小心驗證’?！?/p>

在努力將齒輪箱的重量做到更小的過程中，遠(yuǎn)景能源的研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)了一個問題，就是雖然滾動軸承也可以用在8個行星輪的齒輪箱中，但隨著齒輪箱軸承越來越大，滾子重量也會持續(xù)增大，滾子打滑的風(fēng)險會增加。而滑動軸承的應(yīng)用可以解決這一問題。

系統(tǒng)級優(yōu)化讓這一切成為可能

為在進(jìn)一步提升傳動鏈緊湊性和齒輪箱扭矩密度的同時，令機(jī)組運(yùn)行得更加可靠，整機(jī)企業(yè)必須具備系統(tǒng)級優(yōu)化的能力。

以齒輪箱為例，由于它會傳遞載荷，而載荷來自風(fēng)電機(jī)組的控制邏輯、葉片及外部載荷，如果研發(fā)人員可以根據(jù)外部載荷量身定制齒輪箱，

就可以做出“不肥不瘦”，不冗余也沒有短板的齒輪箱。

但這樣的系統(tǒng)級優(yōu)化非常復(fù)雜，不但需要了解齒輪箱的軸承、齒輪，又要清楚低速主軸、機(jī)艙地板設(shè)計，更要懂得機(jī)組載荷控制。

因此，在傳動鏈系統(tǒng)的層面，“如果想把集成做得很有優(yōu)勢，具有強(qiáng)競爭力的話，就要從系統(tǒng)上考慮原材料等級、結(jié)構(gòu)設(shè)計水平、制造與裝配精度、清潔度、系統(tǒng)優(yōu)化、設(shè)計系統(tǒng)的測試等，在每個維度都要做到極致，最終實(shí)現(xiàn)傳動鏈系統(tǒng)最優(yōu)?！睏顏單恼J(rèn)為：

“如果不具備對整機(jī)系統(tǒng)和部件之間關(guān)聯(lián)性的深刻認(rèn)知，即使外購再優(yōu)秀品牌的獨(dú)立部件，也無法避免出現(xiàn)失效或冗余問題?！?/p>

在各方面專家的經(jīng)驗匯集形成技術(shù)方案乃至新產(chǎn)品時，系統(tǒng)級驗證也是必不可少的環(huán)節(jié)。

例如，當(dāng)齒輪箱做到了極致，就必須要從不同維度考慮可靠性問題。一是從材料方面做各種性能測試驗證，每種材料都要去本體取樣。二是不能只單獨(dú)測齒輪箱，因為傳動鏈?zhǔn)羌稍谝黄鸬?，所以主軸的極限彎矩、極限扭矩、疲勞載荷等都要測試，包括低電壓穿越、脫電脫網(wǎng)、故障維修等各種工況都要在樣機(jī)測試中考慮到。

“所以遠(yuǎn)景的測試遠(yuǎn)超行業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)，幾乎等于把20年的載荷都整合到測試臺，如果產(chǎn)品通過了如此嚴(yán)苛的測試，那我們認(rèn)為它在風(fēng)場運(yùn)行20年也沒問題?！睏顏單淖孕诺乇硎?。

事實(shí)證明，遠(yuǎn)景能源通過多年努力，在真正穿透從零件、部件到系統(tǒng)的傳動鏈技術(shù)、測試與生產(chǎn)能力后，其產(chǎn)品可靠性和市場數(shù)據(jù)相當(dāng)亮眼。

以齒輪箱為例，該公司于2018年11月推出了首臺自研2MW齒輪箱，到2025年9月已實(shí)現(xiàn)了第10000臺自研自制齒輪箱下線。其中有6500臺齒輪箱并網(wǎng)發(fā)電，海上運(yùn)行的超過了100臺，國內(nèi)市場最長運(yùn)行時間超過6年6個月，國際市場運(yùn)行時間最長超過了3年8個月。在這些已經(jīng)投運(yùn)的齒輪箱中，至今沒有發(fā)生過一起因原材料非金屬夾雜缺陷導(dǎo)致的故障，

整體失效率遠(yuǎn)低于行業(yè)最低水平。

兩個月前，遠(yuǎn)景能源第一萬臺自研自制齒輪箱下線儀式在江陰遠(yuǎn)景傳動鏈工廠舉行，遠(yuǎn)景能源高級副總裁、首席產(chǎn)品官、風(fēng)機(jī)與裝備產(chǎn)品平臺總裁婁益民表示，

遠(yuǎn)景自研自制齒輪箱（EnG）從無到有，用7年時間逐步實(shí)現(xiàn)了從0到10000的歷史性跳躍，既是遠(yuǎn)景深度制造的“數(shù)字里程碑”，也是中國制造的“信心豐碑”，為中國制造大步走向全球奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

更值得關(guān)注的是，遠(yuǎn)景在這個過程中還實(shí)現(xiàn)了年自制齒輪箱5000臺/年的生產(chǎn)交付能力并且還會持續(xù)增加，這個產(chǎn)能已能夠排到全球第二，意味著這家整機(jī)商又增加了

“全球齒輪箱制造頭部企業(yè)”的身份。