风力发电技术的发展及其与发电机组齿轮箱的研究分析
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【摘要】随着社会经济的发展，生产生活中需要的电能资源越来越多。风能作为一种可再生的无污染的资源，受到了世界各国的广泛关注，风力发电的势头渐猛，全球风电装机容量年增长率在20%以上。我国的风力发电起步较晚，是从上世纪80年代末期开始的，到今天，虽然装机容量大大增加了，但是在发电技术上却还未有重大突破。本文就风力发电技术的发展现状以及发展前景进行分析，并研究风力发电机组齿轮箱的结构和故障处理。
【关键词】风力发电；技术；发展前景；现状；齿轮箱；故障处理
风力发电基本原理就是利用风轮机将风的动能转化为机械能，再带动发电机发电转化为电能。水平轴式风力发电机组由风轮、增速齿轮箱、发电机、控制系统、塔架、偏航装置等部件组成。
1、风力发电技术的发展现状及其前景
风力发电技术的大规模研究是在1973年石油危机爆发之后。在石油危机爆发之前，风力发电研究主要是在高校和科研单位，经费较少。石油危机爆发之后，世界各国充分认识到了可再生能源开发的重要性，认识到了环保的重要性。而风能作为一种可再生的绿色能源，开始为人们所重视，许多国家都开始了风力发电的工业化发展，希望大力发展风力发电技术来推动风力发电的工业化，促进经济可持续发展和环保事业的发展。各国通过减税、抵税、价格补贴等财政扶持政策促进了风力发电工业化发展。到了20世纪90年代，风力发电技术日益成熟，各国开始大力兴建风力发电场，风电场的规模也在不断扩大，装机容量一年比一年多，以显见的速度发展着。另外，随着全球环境的恶化，发达国家开始征收能源碳税，环保也对传统的发电方式（如火力发电）提出了更高的要求，这就使得风力发电与常规发电之间的价格差距越来越小，风力发电逐步进入商业化发展。
风力发电的优势在于：能力每增加一倍，成本就下降15%，因而风力发电有着广阔的发展前景。走进21世纪，世界各国都在大力兴建风电场，进行风力发电技术研发。据悉，全球可用来发电的风力资源超过100亿千瓦，是全球水力发电量的10倍。每年火电厂发电量仅是风力在一年内提供能量的三分之一，因此，风力发电具有非常广阔的发展前景。随着环保事业和可持续经济的发展，风力发电技术将会越来越成熟，风力发电逐渐成为发电方式中的主要方式。
齿轮箱是风力发电机组中的一个重要机械部件，它的作用是将风轮在风的动能下产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。一般而言，风轮的转速非常小，无法达到发电的要求，因此需要利用齿轮箱来提高转速，因此齿轮箱又被称为增速齿轮箱。
齿轮箱作为一个重要的传动装置，直接影响到风力发电机组的工作效率，所以，齿轮箱的研究是风力发电技术研究中的重点。到今天，齿轮箱的技术已非常成熟，但是在实际的运用中依然会出现这样那样的故障。据调查，齿轮箱发生故障约占风力发电机组总故障数的20%。
我国风力发电技术主要是引进国外先进技术，技术的自主研发成果较少。风电机组安装在高山、荒野、海滩等风口处，工作环境非常恶劣，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦发生故障，维修非常困难，因此，对齿轮箱传动的可靠性和寿命要求都比较高，因此，齿轮箱的设计是整个风电机组的重点，优质的齿轮箱设计将会促进风电机组的稳定运行。
3、风力发电机组齿轮箱的结构
齿轮箱的设计是随着风力发电机组的总体布置和运行环境的变化而变化的，有的将传动轴与齿轮箱直接合为一体；有的将传动轴与齿轮箱分开布置，中间使用涨紧套装置或联轴节连接的结构。风力发电机组工作环境较为恶劣，受自然环境影响较大，一旦出现特殊灾害性天气就有可能导致风电机组部件的损坏。风电机组传动系的动力匹配和扭转振动因素往往反映在最薄弱的环节，也就是反映在齿轮箱上，齿轮箱一旦损坏，那么风电机组就会无法正常运行，因此，齿轮箱的维修保养至关重要。
风电机组可以分为无齿轮箱驱动的直联式和齿轮箱驱动式两种。齿轮箱驱动式是目前风电机组的主要结构形式。齿轮箱驱动式是将齿轮箱布置在叶轮和发电机中间，当叶轮的转速不够时，就发挥其增速的功能，提高叶轮转速，使其达到满足发电机所需的转速，然后将叶轮旋转产生的动能传递给发电机发电。
4、风力发电机组齿轮箱的故障处理
随着风力发电技术的发展，风力发电机组的单机容量不断增大，风电机组的运行时间也在不断增多，而齿轮箱又非常容易出故障，一旦出故障就会影响到风电机组的正常运行。由齿轮箱的故障带来的风电机组停运的现象屡见不鲜，这样就造成了一定的经济损失。因此，对齿轮箱进行研究迫在眉睫，注重齿轮箱的维护保养和日常监测工作。
我国风电机组齿轮箱故障主要有三个方面：
第一，齿轮箱不良造成的齿面、轴承磨损。当温度过低时就有可能造成剂的凝固，进而使得剂无法发挥作用。剂的散热性能不好也会造成剂提前失效。油位传感器遭受污染也会使得剂失去效用。良好的可以有效保护齿轮和轴承，因此，必须高度重视问题，确保齿轮箱长期处于最佳状态。在齿轮箱的运行阶段，要定期更换油，初次运行500小时后要更换油，接下来每隔5000——10000小时换一次油。为了避免出现因油污染而导致不良的现象，在齿轮箱的运行过程中定期抽检油，确保油质。
第二，齿轮箱设计上的缺陷。这方面的原因主要是因为我国自主研发的技术较少，而直接引进国外齿轮箱技术。引进技术后，缺乏一些基础性数据、设计人员对技术认识不透彻、缺乏大型试验装置和试验手段等都影响了齿轮箱的设计，使得我国齿轮箱在设计之初就存在一些固有的缺陷，在风电机组的运行中就比较容易出故障。因此，要加大齿轮箱技术的科技投入，促进技术的自主研发，弥补设计缺陷。
第三，振动故障。齿轮箱的振动是不可避免的，而剧烈的振动会产生齿轮断裂、偏心等现象，因此要采取一定的降振措施。
结束语
风力发电可以减少温室气体的排放，可以减少不可再生能源的使用。它将逐步替代核能，因此，要看到风力发电技术研发的重要性，不断促进风力发电的发展。
参考文献
[1]吴伟强.浅析风力发电技术的发展与发电机组齿轮箱研究[J].时代报告（学术版），2012（12）.
[2]钱明华.简述风力发电技术的发展[J].电器工业，2009（6）.
[3]路宏，王文婷.风力发电机组齿轮箱的结构研究及故障分析[J].内蒙古石油化工，2011，37（22）.
作者简介
魏宪华（1971年12-）男，内蒙古锡林浩特市人，内蒙古北方龙源风力发电有限责任公司，工程师，研究方向：风力发电。