徐麗秋，蘭奕，孫曉婷,王家鵬

(1.中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心，遼寧 大連 116032；2.中國石油濟南潤滑油銷售分公司，山東 濟南 250014)

0 引言

面對日益嚴峻的環(huán)境問題，大力發(fā)展可再生能源已經成為全球共識。風電行業(yè)在我國經濟的發(fā)展中占據重要的位置，是我國重要的清潔能源之一，近年來，我國的風電裝機容量和發(fā)電量快速增長，成為新能源中排名第一的能源，是僅次于水電的第二大非化石能源，也是僅次于火電、水電的第三大電源。

隨著能源結構的調整，風電在我國能源結構中的地位將越來越重要。風電目前正處于由替代電源向主力電源過渡的時期，未來將會成為我國能源結構中的主力電源。能源替代是一個長期的過程，可以預計，未來風電保持較長時期的快速發(fā)展。

在我國，風電的成本目前尚高于火電，但如果考慮環(huán)境成本，風電則具有成本優(yōu)勢?？紤]到未來幾年我國風電能實現并網側平價上網，屆時風電也是比火電成本更低的能源，一旦解決了棄風限電的問題，風電成本將會下降，我國風電的成本優(yōu)勢將會顯現出來。

風電的成本主要體現在建造費用和維護，而沒有煤電的原料成本。風電的技術進步很快。單體風機的功率不斷增大，適應低風速發(fā)電的風機已推廣應用，發(fā)電成本也在快速下降。風電設備的價格，在過去的五年里下降幅度超過了20%。美國風電長期購電協議價格已與化石能源發(fā)電達到同等水平，德國新增的新能源電力基本實現與傳統能源平價。我國部分地區(qū)新能源的價格已經與煤電價格相當，預計到2030年，風電發(fā)電成本達到0.22元/千瓦時，見圖1。

圖1 火電與風電發(fā)電成本預測

同時，風電開發(fā)采取集中式與分散式相結合,在人口稠密、土地資源緊張的地區(qū)，小規(guī)模、分散式的開發(fā)，而西北東北風電資源豐富以大規(guī)模集中式開發(fā)為主。甘肅、內蒙古的風電利用小時可達3000 h以上，西藏、青海的光電利用小時超過了2000 h，都高于東中部地區(qū)500～1000 h左右，發(fā)揮規(guī)模效益，實現資源的優(yōu)化配置和高效利用，有效降低開發(fā)和運營成本，結合特高壓輸電技術，降低上網電價。以內蒙古赤峰地區(qū)為例，據測算到2020年，風電上網電價可以實現0.35元/千瓦時左右，送到京津冀地區(qū)，不需要補貼就可以與當地火電機組同網競爭。

隨著技術進步和規(guī)模化帶來的單位造價持續(xù)下降，用不了多久，新能源的使用價格將全面低于傳統化石能源的價格。

我國風能資源豐富，可開發(fā)利用的風能儲量約10億千瓦，其中，陸地上風能儲量約2.53億千瓦(陸地上離地10 m高度資料計算)，海上可開發(fā)和利用的風能儲量約7.5億千瓦，共計10億千瓦。

進入“十三五”尤其是2017年之后，風電行業(yè)的發(fā)展前景日趨明朗。為了推進風電行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，國家能源局制定出臺的《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提到，到2020年底，風電累計并網裝機容量將達到2.1億千瓦以上，風電年發(fā)電量將達到4200億千瓦時，約占全國總發(fā)電量的6%。

1 全球風電行業(yè)發(fā)展現狀及趨勢[1]

2016 年全球風電和新增裝機容量超過 54 GW， 其中 9 個國家的裝機容量超過10 GW，累計容量達到 486.8 GW，累計裝機容量增長12.6%，中國風電累計和新增裝機容量均居全球第一。全球風能理事會的五年市場預測顯示， 到2021年新增裝機容量將增至75 GW， 使累計容量到2021年超過800 GW。

隨著海上風電技術的進一步改善，在未來5～10年間海上風電的技術將不斷進步，并將擴展到歐洲這一海上風電起源地之外更多的區(qū)域。見表1～表4。

表1 截至2016年底全球新增和累計風電裝機容量 GW

表2 2016年累計及新增裝機容量前十位國家

表3 全球裝機容量區(qū)域分布 GW

表4 2017-2021年全球風電市場裝機預測

2 中國風電行業(yè)裝機規(guī)模發(fā)展現狀

我國風電產業(yè)在相關激勵政策指導下取得了極大的發(fā)展，自2009年至2016年，我國已連續(xù)8年成為全球裝機規(guī)模最大的風電市場。我國風電產業(yè)將加速“市場化、規(guī)?；?、國際化”的發(fā)展進程，進入持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展模式。

2016年全年新增裝機1930萬千瓦，累計并網裝機容量達到1.49億千瓦，風電發(fā)電量2410億千瓦時，占全部發(fā)電量的4%，風電繼續(xù)保持第三大主力電源的位置。

2016年的主要指標顯示，我國風電產業(yè)發(fā)展的基本面向好，在投資者趨于理性的情況下，裝機容量和并網容量仍然保持較快增速，上網電量創(chuàng)下歷史新高。與此同時，棄風電量的驟增則提示我們，體制機制弊端必須盡快破解。

2.1 截至2016年底中國風電裝機量和并網發(fā)電量[2]

據中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會統計，2016年，全國(除臺灣地區(qū)外)新增裝機容量2337萬千瓦，同比下降24%；累計裝機容量達到1.69億千瓦。見表5。

表5 2011-2016年中國風電裝機、并網和發(fā)電量統計

2016年，我國六大區(qū)域的風電新增裝機容量所占比例分別為西北(26%)、華北(24%)、華東(20%)、西南(14%)、中南(13%)、東北(3%)。

由于受各種客觀因素的影響，與裝機容量相比，并網容量反映的市場狀況會存在一定滯后性，但它是評判風電產業(yè)發(fā)展情況的核心指標之一。中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會(CWEA)的統計數據顯示：2016年，中國新增和累計并網裝機容量分別達到1930萬千瓦、14900萬千瓦， 新增部分與2014 年基本持平。見表6。

表6 2011-2016年風電裝機容量增速與電力總裝機容量增速對比

在增速變化趨勢上，風電與全國總電力大體一致，但前者的變化幅度要遠遠大于后者，從2012年至2015年持續(xù)上升。2015年達到峰值后，雖然2016年的風電裝機容量增速出現較大幅度下滑，但仍超過全國電力總裝機容量增速的一倍。風電裝機增幅的下降，則反映出隨著市場的逐步成熟，風電開發(fā)整體趨于理性。

風電上網電量的增幅一直遠遠高于全國總電量的增幅，表明前者在各類電源發(fā)電量中的占比在不斷提升。2011年，風電占全國總發(fā)電量的1.7%，到2016年，這一比例上升為4%。

國家能源局發(fā)布2016年，全口徑發(fā)電設備容量164575萬千瓦，同比增長8.2%。其中并網風電達14864萬千瓦，同比增長13.2%。

2.2 2016年國內風電企業(yè)排名

據中國可再生能源學會的風能專業(yè)委員會的(CWEA)統計報告顯示統計顯示：2016年全國新增裝機2337萬千瓦，累計裝機容量達到1.69億千瓦。風電企業(yè)排名見圖2、圖3。

圖2 2016年風電企業(yè)新增裝機量容量(萬千瓦)

圖3 2016年風電企業(yè)累計裝機容量(萬千瓦)

2.3 風電發(fā)展存在的問題

當前風電產業(yè)面臨三大問題：一是風電產業(yè)內部結構不合理，分散式風電和海上風電仍然弱小，風電地域布局不合理南低北高，過分依賴“三北”大基地；二是風電發(fā)電量占全部發(fā)電量的比例仍然較低，不足4%；三是小時利用數低，棄風率、棄風量高，一直是困擾風電發(fā)展的問題,2016年棄風狀況沒有得到有效遏制，加之補貼資金不足、發(fā)放不及時、輸變電線路配套不夠問題，都影響著未來五年的產業(yè)發(fā)展。

目前我國風電發(fā)展的瓶頸是棄風問題，“三北”地區(qū)風力資源豐富，裝機容量大，由于地區(qū)消納能力有限，特高壓外送通道不足，使得棄風現象嚴重。見表7。

表7 2011-2016年風電平均小時利用率、棄風率和棄風量統計

2016年，全國風電平均利用小時數為1742 h， 比2015 年的1728 h增加了14 h；比2014年的1893 h，則下降151 h。其中，平均利用小時數最高的省份是福建，達到2503 h；最低的為甘肅，為1088 h。

與2015 年相比， 2016 年全國平均棄風率17.1%，是自2010 年首次出現大規(guī)模棄風限電以來的最高位，比2015年的15% 高出2.1個百分點，更是超過2014年棄風率的2倍。其中，甘肅以43% 的棄風率高居各省首位，吉林、新疆、內蒙古的棄風率也都高于20%。在并網裝機容量不斷提高的情況下，棄風電量也在2016 年創(chuàng)下歷史新高，高達497 億千瓦時，比2015年增加了158億千瓦時，是2014年的近4 倍。

2.4 未來風電發(fā)展趨勢

國家政策傾向是有利于風電行業(yè)的發(fā)展，十三五規(guī)劃大力發(fā)展風電行業(yè)，尤其是海上風電、分散式散風電，布局南移，大力發(fā)展輸變電干路，同時促進技術升級，降低成本，試驗零補貼入網等措施,國家發(fā)改委發(fā)布的《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016-2020)》，規(guī)劃指出按照集中開發(fā)與分散開發(fā)并舉、就近消納為主的原則優(yōu)化風電布局，統籌開發(fā)與市場消納，有序開發(fā)風光電，加快中東部及南方等消納能力較強地區(qū)的風電開發(fā)力度，積極穩(wěn)妥推進海上風電開發(fā)；調整“三北”風電消納困難及棄風嚴重地區(qū)的風電建設節(jié)奏，提高風電就近消納能力，解決棄風限電問題。加大消納能力較強或負荷中心區(qū)風電開發(fā)力度，力爭中東部及南方區(qū)域風電占全國新增規(guī)模的一半。在江蘇、廣東、福建等地因地制宜推進海上風電項目建設。

能源替代是一個長期的過程，風電目前正處于由替代電源向主力電源過渡的時期，隨著能源結構的調整，對環(huán)境的日益重視，可以預計，風電保持較長時期的快速發(fā)展，未來將會成長我國能源結構中的主力電源[3]。

(1)發(fā)展：據國家能源局統計，2017年上半年，全國風電新增并網容量601萬千瓦，繼續(xù)保持穩(wěn)步增長勢頭，到6月底累計并網容量達到1.54億千瓦，同比增長12%；全國風電發(fā)電量1490億千瓦時，同比增長21%；平均利用小時數984 h，同比增加67 h。

(2)降本：風電的成本主要可以分為機組成本、建設成本、運維成本、人員成本與材料成本等，其中，機組成本約占近一半，自2007年以來，國際市場上風機的價格持續(xù)下降，風電的整體成本下降明顯，電的經濟性逐步顯現。我國風電的成本目前尚高于火電，但如果考慮環(huán)境成本，風電則具有成本優(yōu)勢。另外，我國風電成本較高，棄風率居高不下是主要原因，由于風電的邊際成本接近于零，一旦解決了棄風限電的問題，風電成本將會下降，我國風電的成本優(yōu)勢將會顯現出來。

國家能源局于2017年正式發(fā)布了《關于開展風電平價上網示范工作的通知》，要求各省市組織風電開發(fā)企業(yè)，于6月30日前，申報1～2個風電平價上網示范項目。示范項目不受年度規(guī)模指標的限制，上網電價按當地煤電標桿上網電價執(zhí)行，且無其他任何補貼。電網工程與風電項目同時推進，確保風電平價上網示范項目全額上網、不限電,開始推進風電零補貼試驗。

(3)海上風電：海上風電技術遠比陸地風電復雜，自然條件和環(huán)境條件惡劣,如鹽霧腐蝕、海浪載荷、海冰沖撞、臺風破壞等制約因素。鋪設復雜，維修成本高，但也具有獨特的優(yōu)勢，海上的風平穩(wěn)，平均風速高，風機利用率更高，風機的發(fā)電功率與風速的三次方成正比，海上的風速比陸上高20%左右，因而同等發(fā)電容量下海上風機的年發(fā)電量能比陸上高70%。如果陸上風機的年發(fā)電利用小時數是2000 h，那海上風機就能達到3000多小時。設備運輸方便，單機裝機容量更大。不占地、不擾民，制約因素少，距離用電負荷近，不必建設特高壓、超高壓線路遠距離輸送。雖然海上風電正在起步階段，尤其是我國，但總體來說各國都在向海上風電發(fā)展，未來的全球能源供應體系中，海上風電會比陸上風電前景更廣闊，建設海上風場是發(fā)展趨勢。

(4)棄風率：目前我國風電發(fā)展的瓶頸是棄風問題，“三北”地區(qū)風力資源豐富，裝機容量大，由于地區(qū)消納能力有限，特高壓外送通道不足，使得棄風現象嚴重。2016年底，國家發(fā)改委、國家能源局聯合發(fā)布了《關于做好風電、光伏發(fā)電全額保障性收購管理工作的通知》，通知核定了“三北”地區(qū)風電最低保障收購年利用小時數在1800～2000 h之間，高于2016年全國平均水平1742 h，更遠高于去年這些重點地區(qū)的風機利用小時數。規(guī)劃要求“三北”地區(qū)全面達到最低保障性收購利用小時數的要求，若能達成目標，我國風電棄風問題將會明顯好轉。2017年上半年風電棄風電量235億千瓦時，同比減少91億千瓦時，棄風限電形勢明顯好轉。

風電消納能力增強。風電消納分為就地消納和風電外送兩種途徑。就地消納方面，“三北”地區(qū)冬季寒冷，供暖期長，利用風電供暖是符合實際情況的就地消納方式。風電供暖經過幾年試點，逐步成熟，目前正處于推廣階段，在風電供暖大面積推開后，風電就地消納能力將大大增強。

特高壓電網建設穩(wěn)步推進，截至2016年底，國家電網公司已建成“六交五直”共11條特高壓輸電線路，還有“一交六直”共7條特高壓輸電線路正在建設中。隨著特高壓電網的逐步完善，“三北”地區(qū)風電外送通道形成，風電外送電量將會逐步提升。

風電項目從開工建設到并網存在時間差，隨著中東部、南方地區(qū)的風電并網裝機容量在全國中的占比將會進一步上升，由于這些地區(qū)幾乎沒有棄風，因此，將會拉低全國平均棄風率。

(5)布局：裝機向中東部、南部布局，加快開發(fā)中東部和南方地區(qū)陸上風能資源。到2020年，中東部和南方地區(qū)陸上風電新增并網裝機容量達4200萬千瓦以上，累計并網裝機容量達到7000萬千瓦以上。由于“三北”地區(qū)經濟欠發(fā)達，難以就地消納多余電量，因此，“十三五”期間，我國風電開發(fā)重點將由“三北”地區(qū)轉向中東部、南部地區(qū)。在棄風壓力下，我國西北、東北地區(qū)風電放緩，風電開發(fā)將逐步轉移到華東、華中、南方區(qū)域，鑒于該區(qū)域風資源特點，2017年，低風速地區(qū)是我國陸上風電開發(fā)的主戰(zhàn)場。

(6)輸送：利用跨省跨區(qū)輸電通道優(yōu)化資源配置。國家能源局發(fā)布《2017年能源工作指導意見》明確，要優(yōu)化風電建設開發(fā)布局，新增規(guī)模重心主要向中東部和南方地區(qū)傾斜，借助“三北”地區(qū)已開工建設和已規(guī)劃的跨省跨區(qū)輸電通道，統籌優(yōu)化風、光、火等各類電源配置方案，有效擴大“三北”地區(qū)風電開發(fā)規(guī)模和消納市場?！笆濉逼陂g，有序推進“三北”地區(qū)風電跨省區(qū)消納4000萬千瓦(含存量項目)。

3 風機制造

我國近十年的風電高速發(fā)展，也帶動了風電制造業(yè)的進步，從完全依賴進口，到風電制造業(yè)大國、風機出口大國，目前風電裝備國產化率達90%以上。

3.1 2016年全球風機制造商

2016年Vestas全球陸上風電新增裝機規(guī)模達8.7 GW，榮登全球最大風電整機制造商榜首，占當年全球新增總裝機容量的16%。GE以6.5 GW的陸上風電新增裝機規(guī)模位列第二，金風科技以6.4 GW的全球陸上風電新增裝機規(guī)模位列第三。中國整機商有四家殺入前十，分別為金風科技第三、聯合動力第七名、明陽風電和遠景能源并列第九名。

中國風電整機制造商上海電氣風電集團公司新增裝機容量達489 MW成為2016年全球最大海上風機整機制造商。Siemens僅位列2016年海上風電整機制造商排名第二。中國整機商進入前十的有5家，分別為上海電氣第一、金風科技和湘電風能并列第三、遠景能源第四、海裝風電第八名。

3.2 2016年國內風機制造商

2016年，中國風電有新增裝機的整機制造商共25家，新增裝機容量2337萬千瓦，其中，金風科技新增裝機容量達到634.3萬千瓦，市場份額達到27.1%。遠景能源、明陽風電、聯合動力和重慶海裝分列2至5名。見圖4。

圖4 2016年中國風電整機制造企業(yè)新增裝機容量

全國累計裝機容量1.69億千瓦，截至2016年底，有五家整機制造企業(yè)的累計裝機容量超過1000萬千瓦，五家市場份額合計達到55.9%；其中金風科技累計裝機容量達到3748萬千瓦，占國內市場的22.2%。見圖5。

圖5 2016年中國風電制造企業(yè)累計裝機容量

3.3 風電機組機型統計

2016年，我國新增裝機的風電機組平均功率1955 kW，與2015年的1768 kW相比，增長6.4%；累計裝機的風電機組平均功率為1608 kW，同比增長2.9%。2016年，我國新增風電機組中，2 MW風電機組裝機占全國新增裝機容量的60.9%，與2015年相比，2 MW機組所占市場份額上升11個百分點；1.5 MW機組市場份額下降了16個百分點至17.8%；1.5 MW機組和2.0 MW機組合計市場份額達到78.7%。2.1 MW至2.9 MW機組市場份額達到15.2%，3 MW至3.9 MW機組(3 MW和3.6 MW)市場份額達到2.6%，4 MW及以上機組(包括4 MW、4.2 MW、5 MW)占比達到1.9%?？偟内厔菔窍虼蠊β拾l(fā)電機組發(fā)展。見圖6、圖7。

圖6 2016年中國不同功率風電機組新增裝機容量比例

圖7 2016年中國不同功率風電機組累計裝機容量比例

4 風電場的運維

近年來，隨著風電行業(yè)的發(fā)展，風電裝機量的快速增長，已經逐漸傳導至風電運維市場；風電場要不斷提高發(fā)電量，降低成本，提高效益，就需確保風機能夠長期穩(wěn)定運轉。降低修理維護成本，延長風電機組的運轉周期，是風電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障之一。風電運維市場受到越來越多的關注。從業(yè)主的角度來看，風電設備的運行狀態(tài)、設備壽命與風電場的運營效益、項目的回報率有著密切的聯系。其次是出于對長期效益的考慮，風電場業(yè)主對于機組質量，以及出質保后風電場如何保持高效發(fā)電的能力更為關心。以1.5 MW風力發(fā)電機組的單位發(fā)電成本計算，每年的運行和維護成本約占18%。

風力發(fā)電機組屬于大型高精度、高價值運轉設備，風機的所有軸承、齒輪等部件均處于頻繁啟停、高負荷連續(xù)運轉的工況條件下，且風力發(fā)電場又大多集中在擁有巨大風能資源的高山、荒野、海灘、海島等偏遠地區(qū)，其惡劣的自然環(huán)境對設備造成嚴重侵害，加之設備高度較高，維修保養(yǎng)十分不便，因此對其保養(yǎng)維護提出更高、更嚴格的要求非常必要，以確保風力發(fā)電機可靠穩(wěn)定地長期運轉。

風電設備投運后進行運行管理和設備維護，以保障風電設備穩(wěn)定、健康、高效運行，其主要任務集中于檢修與備品備件方面,目前，我國的風電運維仍以定期維修、事后維修相結合的方式為主。

風力發(fā)電機組機艙空間狹小，維護費時且昂貴，如齒輪箱軸承損壞這種在地面齒輪箱上并不太復雜的更換工作，發(fā)生在風力發(fā)電機組，則需要專門的吊具將齒輪箱吊至地面后才能更換，更換幾千元的軸承所花的吊裝等相關費用可能需要四五十萬元，大型風力發(fā)電機組可能要耗費上百萬元，耗時數天甚至更長的時間。因而延長風力發(fā)電機組相關零部件使用壽命，降低維修成本，保障風電機組正常工作十分重要。

目前我國在運行的風機主體已經逐步進入故障多發(fā)期，這一觀點在一些研究機構得到了佐證。據MAKE預測，基于國內2010年之前以兩年質保、之后以3～5年質保為主的趨勢，2014年末應有47 GW風電裝機容量已滿質保合約，而受多種因素影響，預計成功出質保容量僅占55%。隨著未來3～5年內更多政策陸續(xù)出臺，風機技術與質量持續(xù)提升，出質保程序將日趨規(guī)范，2020年末成功出質保容量占比將大幅提升至94%。

從另一方面來看，運維也不再僅僅是簡單地維修和排故，而應是以實現單臺風機和整個風電場的價值最大化為目標，通過搭建完整的體系，去提升整個風電場的效率。

風電運維一般包括定時檢修、日常運維工作、大部件的更換與特定部件檢修三個部分。國內從事風電后市場運維服務的企業(yè)主要有三類：風電整機商運維服務、業(yè)主運維服務和第三方專業(yè)運維服務公司。

5 風電場潤滑油脂

隨著風電行業(yè)的快速發(fā)展，風電裝機并網數量擴大，風機運維的市場也是前所未有的增長。潤滑系統是風力發(fā)電機正常運轉的重要部件，強化整個風力發(fā)電機組的潤滑管理和狀態(tài)監(jiān)測，可減少備件的磨損和更換，提高裝置運行的可靠性。提升潤滑管理水平，有助于減少計劃外停機時間，提高運維效率，延長設備壽命，降低成本，提高風電場的效益。潤滑油作為風機運維的重要一環(huán)是確保風機能夠長期穩(wěn)定運轉的重要保障。

在風機的實際運行中，與潤滑相關的機械故障比例相當高，潤滑對于風電設備可靠運行非常重要。據統計，因齒輪箱和軸承損害造成風電機組停機的原因約占其全部故障的40%～60%，約有1/3的風機故障是由潤滑不良引起的，而且風電機組大多地處偏遠又涉及高空作業(yè)，現場對主要部位進行拆卸維修十分困難，費用巨大，因此，加強對高性能潤滑油脂的研究和分析，正確地選用、加注、維護、監(jiān)測和管理風電油品，重視對設備潤滑系統的維護和保養(yǎng)工作，對于風機尤其是大功率風機的可靠穩(wěn)定長周期運轉非常重要。

從目前各風電場的風電機組維護檢修的現狀來看，風電機組的潤滑管理分為三種情況：

(1)風電機組處于質保期內，由廠家檢修人員負責維護;

(2)風電機組結束質保期，由風場業(yè)主檢修人員負責維護;

(3)無論處于哪個階段，由第三方代維。

5.1 風機的潤滑部位

根據風機型號不同，風系結構也略有不同。傳統的雙回饋風機有幾個主要的潤滑部位，包括主變速箱(齒輪箱)，變槳和偏航變速箱(減速箱)，制動液壓控制和變槳控制，變槳、偏航和主軸承，以及發(fā)電機軸承等，使用的潤滑油脂產品包括齒輪油、液壓油、潤滑脂等，其中齒輪油主要用在主變速箱(齒輪箱)，變槳和偏航變速箱(減速箱)，液壓油主要用在制動液壓控制和變槳控制，潤滑脂主要用在變槳、偏航和主軸承以及發(fā)電機軸承等。直驅式風機則去掉了齒輪箱，結構和潤滑部位相對簡單。

在風機的這些潤滑部位當中，最關鍵的是主變速箱(齒輪箱)。帶動發(fā)電機運轉的主變速箱可以說是齒輪傳動型風機的心臟。因其對整個系統的正常運作至關重要，主變速箱的設計、制造通常都非常先進，造價不菲，一旦發(fā)生故障，更換主變速箱代價高昂。統計數據分析比較發(fā)現，在整個風機中，齒輪箱并不是最頻發(fā)故障的部件，但卻是導致停機時間最長的部件。風機齒輪箱故障與制造工藝、安裝與維護等均密切相關，但膠合、點蝕、腐蝕及磨料磨損等造成的齒輪失效約占齒輪總失效比例的80%。

目前，適應低風速大功率兆瓦級的直驅式永磁風機逐步投入使用，其主要特點是去掉了齒輪箱，減少了傳動損耗，提高了發(fā)電效率，尤其是在低風速環(huán)境下，效果更加顯著。直驅技術省去了齒輪箱及其附件，簡化了傳動結構，提高了機組的可靠性，適應低轉速下運行，避免齒輪箱油的定期更換，降低了運行維護成本。缺點是低速風輪直接與發(fā)電機相連接，對發(fā)電機要求很高，結構復雜，體積龐大，需要進行整機吊裝維護。

5.2 風機設備對潤滑油的性能要求

風機潤滑油主要包括齒輪油、液壓油、潤滑脂等，齒輪油主要用在主齒輪箱和減速器等，液壓油主要用在液壓系統，潤滑脂主要用在主軸承、發(fā)電機軸承、變槳軸承、偏航齒面、變槳齒面等。

目前，在風力發(fā)電機的潤滑油需求中齒輪油約占 70%，由于延長換油周期的需求風電行業(yè)潤滑油中，合成油占比高，在 2015 年超過了 80%。

(1)微點蝕保護。為了最大限度減少塔身上部重量，變速箱采用緊湊設計，包括齒輪的表面硬化設計。但經表面硬化處理(如滲碳、氮化、感應和火焰淬火 )后的齒輪在復雜的氣候條件和運行負荷下極易受到微點蝕的影響。選用的齒輪潤滑油脂必須具有防止此類磨損的功能。 專門用于防止微點蝕的齒輪潤滑油其微點蝕保護功效高低是通過抗微點蝕性能測試進行測量的，潤滑油對微點蝕的保護功效用數字和高/中/低耐久性來分級表示，一般要求不小于10級。

(2)潤滑油抗磨損性能。當齒輪油的油膜厚度不足時，齒輪間的金屬部件直接接觸，磨損將一直持續(xù)以致不得不提早更換齒輪。常以FZG磨損測試方法測試潤滑油的抗擦傷和抗磨損性能，以其失效級數(FLS)表示潤滑油的抗磨損效能。風機變速箱中的齒輪潤滑油要求失效級數大于12。

(3)潤滑油黏溫性能。風力發(fā)電機的運行環(huán)境非常惡劣，晝夜輪轉，寒暑交替，環(huán)境溫度或低至-45 ℃或高達80 ℃。經得住溫度劇烈變化的潤滑油必須具有相當的黏溫性能,要求黏度指數為不小于110。由于合成潤滑油較之礦物油基潤滑油具有更為突出的黏溫性能，且在多種溫度環(huán)境下都有卓越的潤滑能力，因此，風電設備的變速箱用油中大多采用合成油。

(4)潤滑油過濾性能和清潔能力。保持齒輪油清潔可以大大延長零部件的使用壽命，因此，對主變速箱中的齒輪油有著嚴格的清潔度要求。齒輪油的過濾性是指在實際運行條件下，齒輪油通過過濾器并且不堵過濾器的能力。過濾性能是以微米等級來界定的。風電設備很多情況下是使用2～3 μm的腎形回路過濾器和5 μm主過濾器來清潔齒輪油和保護風機變速箱部件。

(5)潤滑油抗乳化性能。變速箱中的油不允許混入水分。但由于風機本身的運行特點，要使風機里的油和水完全分離幾乎是不可能的。當葉片在旋轉時，變速箱運行溫度高達80 ℃，而當葉片停止旋轉時，變速箱冷卻下來并從空氣中吸取水分或濕氣。由此，水分難免會進入變速箱。抗乳化性能差的齒輪油會因水分的進入產生油泥和水解，從而導致設備故障。

變速箱用的齒輪油必須不易吸水但在少量水存在的情況下仍能給設備提供充足的潤滑保護，因而要求有好的抗乳化性能，油水分離性能，通常以抗乳化試驗、抗乳化性能、泡沫性等試驗進行測試。

5.3 風電機組的潤滑系統日常維護

從風電機組各種潤滑油的使用情況來看，所有潤滑脂均為消耗型的，也就是定期在儲罐中加入新的潤滑脂，一般由自動加油機連續(xù)加脂，幾小時加入一次，可以連續(xù)加脂幾個月，日常運行的時候，舊油脂從排油口和轉動設備的縫隙溢出。這部分潤滑油脂一般情況下是不做檢測分析的。而齒輪油和液壓油是定期進行檢測分析和更換的。齒輪油和液壓油的檢測周期是每年一次，更換周期是：齒輪油每3年一更換，液壓油是每5年一更換，在正常使用周期內如有油位下降，須及時補充。

目前，風電集中潤滑系統已經被逐漸開發(fā)應用到風電機組的日常維護中，包括監(jiān)測、數據記錄、采樣、分析、油品過濾、更換、回收等環(huán)節(jié)，實現遠程無線智能自動控制。未來隨著技術的成熟將會越來越多地應用到風電潤滑管理過程中。

5.4 風機潤滑油生產企業(yè)

經過多年發(fā)展，中國已成為風電大國，裝機容量已達1.69億千瓦，風電設備制造業(yè)也取得了長足進展，風電裝備國產化率達90%以上，從風機零部件到整機再到并網相關設備，已經形成一條中國制造的完整產業(yè)鏈。在這個幾近完整的風電產業(yè)鏈中，風電潤滑油卻成為罕有的本土缺席環(huán)節(jié)。究其原因，我國風電發(fā)展之初，主要依靠引進技術，整機制造商對于風機潤滑油的選擇主要聽取齒輪箱廠家的建議，國際潤滑油品牌占領了最早的風機“初裝”市場。美孚、殼牌、福斯、克魯勃等，占據了風電潤滑的大部分市場。目前這種狀況沒有大的改善，對最近半年的風電場潤滑油招標項目采樣分析發(fā)現，大部分還是指定上述品牌的油品。這就導致風電運營方在采購風機潤滑油時，價格高昂，供貨周期漫長等問題也逐漸凸顯。

實際上，隨著國內風電行業(yè)的快速發(fā)展，風電裝機規(guī)模的擴大，風電潤滑油脂的需求不斷增長，國內潤滑油企業(yè)已經重視風電潤滑油的市場前景，從2006年開始投入研發(fā)，到目前中國石化、中國石油都相繼開發(fā)了具有自主知識產權的風電配套系列產品，包括風電機組中的齒輪箱、液壓系統、冷卻系統、主軸系統、發(fā)電機等關鍵部位用油，油品性能完全可以滿足風機設備的潤滑要求，并已陸續(xù)通過多地風電企業(yè)OEM技術認可，逐步實現規(guī)?；瘧谩?/p>

2017年3月9日，中國頒布了適合我國風場環(huán)境特點的4項風電發(fā)電機組專用潤滑劑國家標準(包括齒輪油、液壓油、潤滑脂)，于2017年10月1日實施，進一步填補了國內產品標準空白，有助于打破國外同類產品的技術壟斷，讓用戶選油更有標準可依。

中國石油潤滑油公司早在2006年就結合當時國內風力發(fā)電的行業(yè)市場開發(fā)了與之配套的具有自主知識產權的系列產品，相繼在寧夏賀蘭山風力發(fā)電廠Gamesa 850 kW發(fā)電機組、甘肅潔源風電Gamesa 850 kW發(fā)電機組、福建東山澳仔山風電BonusMK 600 kW發(fā)電機組、甘肅玉門風電等多種型號風機上進行了為期三年的使用試驗，油品性能完全可以滿足風機設備的潤滑要求，得到上述OEM技術認可。

近年來，風機技術突飛猛進，風電機組從千瓦級向兆瓦級發(fā)展，對齒輪油的極壓性、抗微點蝕性、軸承保護性能等提出了更苛刻要求。昆侖潤滑油針對市場的變化，立足自主研發(fā)，對昆侖風電設備專用齒輪油進行了產品升級，借助中國石油天然氣集團公司齒輪油重點實驗室平臺，引進多臺套國際先進的性能評價試驗機，建立了評價風電齒輪油國際最高規(guī)格要求的全套工業(yè)齒輪油臺架，研發(fā)成功了與國外頂級產品性能相當的風電齒輪油產品—昆侖風電設備專用齒輪油，并獲得中國授權專利1項，美國授權專利1項。該齒輪油產品，采用自主配方解決了抗磨和摩擦特性問題以及抗磨與抗氧的矛盾，并與北京京能新能源公司合作，首次在兆瓦級風機上使用國產風電齒輪箱油。以內蒙古自治區(qū)興安盟境內的科右中風電場為試點，平均氣溫6.1 ℃，極端最高氣溫40.5 ℃，極端最低氣溫-30.9 ℃。對該風場1.5兆瓦的風機齒輪箱在同一時間段更換油品，其中8臺風機選用了昆侖風電設備專用齒輪油FD3000N，通過對齒輪箱持續(xù)監(jiān)測發(fā)現：采用昆侖潤滑油的齒輪箱DE端/NDE端軸承溫度和齒輪油平均溫度，與采用國外競品相當，甚至個別情況下低于競品。并且通過第三方油品檢測，油品的黏度、酸值、傾點、銅片腐蝕、光譜元素分析等數據，昆侖風電齒輪油與國外品牌油品性能相當，磨損金屬含量低于競品。風電齒輪箱潤滑油國產化替代項目，對整個國內風電領域具有推動意義和示范效應。國產化風電齒輪油能給風場節(jié)約成本，促進風電企業(yè)國產化的發(fā)展，提高民族品牌的市場競爭力。

未來，國內潤滑油企業(yè)應該更加重視風電配套潤滑油脂的研究開發(fā)和宣傳推廣，利用潤滑油研發(fā)優(yōu)勢，開發(fā)形成系列產品，關注并適應風電行業(yè)和風機設備的發(fā)展，配合風電企業(yè)進行認證推廣，讓更多的企業(yè)認可成本低質量可靠的國產油品。同時，要了解風電運維地特點，開展?jié)櫥到y研究，為風電企業(yè)量身定做潤滑方案，參與潤滑工程控制的設計，從風機初裝、運營過程以及后續(xù)維護全過程參與，也是未來發(fā)展方向。