张保松：发挥“双源”技术优势，打造高品质风电齿轮箱

编者按：2023年9月12-14日，以“绿色 持续 共生 向新”为主题的“第五届未来能源大会”在江苏常州武进召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，中车戚墅堰所瑞泰装备公司副总经理张保松发表了《发挥“双源”技术优势，打造高品质风电齿轮箱》的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

张保松：谢谢，各位领导，各位嘉宾，很荣幸能有这个机会在这里给大家分享一下我们在新能源装备领域的一些研究成果，因为刚才杨老师问我们这个名字怎么读?可能很多常州人熟悉一点，戚墅堰是一个地方名，看起来不太相关的字放在一起比较绕口。我来自戚墅堰所瑞泰装备公司，今天汇报的题目是发挥“双源”技术优势，打造高品质风电齿轮箱。

我给大家分享一些风电行业发展态势，左边这个图大家可以看到从2010年到现在，日常用的电其中风电发电占比在逐年提升，从2010年的1.19%，已经到了2021年的8.04%，这个指标得益于整个行业不断地进步，在2022年我国风电、光伏新能源装机是1.2亿千瓦，连续三年突破了1亿千瓦，创了历史新高，风电、光伏发电量达到了1.19万亿千瓦时，占全社会用电量13.8%，这个数据来自国家能源局，这个数字已经很高了，但是与德国30%、丹麦50%的占比比较，我们还有较大的提升空间。

右边是知名的咨询机构麦肯锡给出的预测图，到2050年以风电和光伏为代表的新能源的占比会越来越高。这是一个好的趋势，但是伴随着装机量的增加，我们电价也在不断地下跌，左边是中金公司的数据，可以看得出来，从“十一五”到“十四五”，上网电价一直在下降，刚才有位演讲嘉宾也说了，风电度电成本降到了2毛甚至1毛多，是非常便宜的电源，便宜以后也带来了装机容量的增加，根据一些机构的预测，近几年年均增长率会在9%以上。

度电成本的降低使得所有的民众大大受益，但是装备制造业确实是作出了巨大的贡献，机组的成本在不断地下探。从2011年的3000多的陆地机组成本，到现在只有1000多了，海上风电从2016年的7000多到了今年2月份的3000多，海上风电的价格几乎拦腰斩，我们陆上风电基本上砍到大腿以下了，所以成本的压力非常大。

为什么能够降低这些成本呢也是得益于技术进步，风电基础整体是大型化发展，主要是降低单位千瓦的造价，也减少土地的占用，我们风电占地面积是最小的。风电机组的发展趋势就是朝着更大功率、大叶轮、高塔架发展，这个趋势没有停止，下一步是更大、更长、更高。

同时面临技术的转型，为了降低成本，原来对风电有了解的都知道，风电机组有直驱的型号，有行业龙头为代表做直驱的机组，需要齿轮传动的。但是近两年随着价格的下探，直驱机组对金属材料的占用比较多，成本难以下降，现在大家都在往转双馈、半直驱方向转，这样对齿轮箱的需求就会增加。机组都是朝着高功率密度发展，我们不能说1MW的机组是100吨，10MW就要1000吨，这样的话成本是降不了的，所以整体还是往一体化设计，降机舱重量发展。对齿轮箱要求比较高，需要新技术、新材料、新工艺的加持，这是风电行业的发展态势，跟大家分享一些公开的数据。

针对这种发展态势，我们中车戚墅堰所在风电机组耕耘了十几年，我们有自己的技术底蕴和技术解决方案。

先把企业情况跟大家汇报一下，戚墅堰所是原来铁道部四大研究所之一，目前是中国中车股份有限公司下属的一级企业，也是国家制造业单项冠军企业、国家技术创新示范企业、国家知识产权示范企业、国家级企业技术中心，是我国轨道交通“核心基础零部件、先进基础工艺、关键基础材料和产业技术基础”的研发基地，轨道交通传动和内燃机组件居国内第一，拥有占地面积约1200亩六大科研及产业化基地。咱们平常坐的高铁，和谐号、复兴号上面的齿轮传动90%以上都产自戚墅堰所。

在中国轨道交通发展的各个阶段，中车戚墅堰所均对行业发展起到了举足轻重的作用，解决了一大批铁路装备关键技术难题，奠定了行业地位。积淀形成了“材料工艺”和“工业传动”两大根源优势，目前是中国中车机械传动和金属材料两个专项研发中心的建设单位。我们也获得了很多荣誉，其中国家科技进步奖就有13项。

材料工艺的优势，目前有一个专项的材料工艺研发中心，拥有研发人员100多人，中车技能专家5人，整个各类研发台套100余套，相关研发固定资产近6亿元，涵盖了金属材料全部科学体系，从高端铸铁、铸钢，到轻合金材料、非金属材料、负荷材料、摩擦材料。工艺方面有铸造、精密锻造、绿色焊接、热处理、粉末冶金等等各个学科。

在全国性多个行业协会里面承担重要职务，也组织了很多国际性的标准，铁路很多用钢，包括B级钢、一级钢都是戚墅堰所发明创造并推广应用的。另外铁路上用的轻字合金材料，也都是来源于戚墅堰所。

铸造方面，我们有自己的多条铸造产线，在精密锻造方面，我们有国内排名前几的螺旋压机，精密的锻件一次成型，另外在焊接和焊接仿真方面有自己的特色。

在齿轮热处理、精密热处理方面有自己独有的黑科技，另外粉末冶金，在高铁上的制动闸片都产生于戚墅堰所。另外就是工业传动技术从车轮设计制造到仿真分析都有自己独特的技术功底，在整体的设计、轻量化润滑与密封、温升控制、振动噪声、疲劳寿命等方面有大量的试验和仿真的经验，能够有效的提升产品的可靠性。另外有全生命周期的数据管理系统，产品从研发到制造，到运维，全过程可追溯。

另外形成自己特色的研发流程，从需求定义，到三维设计、参数优化、仿真分析、工程设计再到样件试制、过程检测、台架试验、装机考核，能够把产品更好地满足客户的需求，以更低的成本，更高的质量满足社会需求。

依托在轨道交通齿轮传动系统上的丰富研发和制造经验，中车戚墅堰所开展了风电、矿卡轮边、新能源汽车驱动系统等延伸产业齿轮传动系统的研发，目前已形成系列化产品，获得了较好的市场声誉。

在风电方面，针对日益要求高的技术需求，我们有自己的解决方案，我们立足两大根源技术优势，引入了Romax公司先进设计理念和分析工具，在齿轮承载能力、轴承寿命、关键零部件方面进行多目标的优化设计，不断提高产品的先进性、经济性和可靠性。

在全局系统优化方面，在齿轮设计和轴承选型方面目标是更高传动效率更优的传动比分配、轻量化的配齿方案、更经济的轴承配置，统筹选择最优的设计方案，同时在多行星轮均载以及传动链动力学方面也进入了深入的研究。采用低应力齿形设计及制造技术，大幅齿轮的承载能力，同时基于啮合错位机理大兆瓦风电齿轮精确修形技术，以及各种仿真手段的加持，能够让齿轮能够更好的耐受疲劳载荷。

同时我们开发了新型材料，比如说等温淬火球墨铸铁，能够让齿轮箱拥有更小的体积，更轻的重量，承受更大载荷。

另外我们做了仿真和测试的比对，让研发的迭代速度更快。

同时，我们建立了从材料到零件，到部件，到总成，到子系统，确保产品在高效、安全运行。

另外，借助中国同全产业链的优势，把风电在现场运行数据实时传回到数据中心，进行相应的设计端、制造端进行优化、改进，不断地提升产品的可靠性。

目前，我们已经形成了从1.5-6MW系列产品已经成熟批量应用，在研有7-10MW从双馈到半直驱的产品，20MW更大功率的也在研，扭矩密度从原来的100左右，已经向250迈进。

主要客户都是行业的头部用户，累计装机2000多台，其中海外装机500台，都保持良好的运行状态。

从轨道交通到风力发电，中国中车戚墅堰所始终秉承创新和共赢的企业精神，向着最具社会责任的行业先锋阔步前行，欢迎各位专家到戚墅堰所莅临指导，谢谢大家!