风电上游重要部件，附加值高。风电轴承是连接机组中传动、偏航和变桨等系统转向的重要部件，位于风电行业产业链上游。行业整体毛利率约为30%，其中主轴轴承毛利率高达40%，为高附加值环节。近日我国风电轴承中的齿轮箱轴承技术获重要突破，轴研科技下线国内首套8兆瓦全系列风电齿轮箱轴承。
齿轮箱轴承
风电轴承是连接机组中传动、偏航和变桨等系统转向的重要部件，风电轴承主要类型则分为传动系统轴承（主轴轴承、齿轮箱轴承及发电机轴承）和偏航轴承、变桨轴承两大类。
因此，齿轮箱是传动系统轴承中的一类，其主要作用是将风轮在风力作用下产生的动力传递给发电机，并使其得到相应转速。由于常年经受无规律的变向、变负荷风力作用，以及各类极端天气影响，风电齿轮箱需要保证长达20年的使用寿命，这就对其中的轴承提出了较高要求。目前我国风电齿轮箱轴承基本依赖进口，国产化率极低，大大限制了国产风电技术水平提升。
齿轮箱轴承现状
1、齿轮箱轴承：品类繁多，新品类有望实现从“0”到“1”技术突破
由于风电机组主轴转速较低，需要大传动比的齿轮箱进行增速以达到发电 所需转速。齿轮箱作为风力发电机组的功率传输部件，通过提升传动系统 转速、降低扭矩，从而把叶轮吸收的风能传递到发电机，以满足发电机使 用性能需求，主要应用在半直驱式风电机组和双馈式风电机组中。根据 GWEC 数据，2020 年双馈式与半直驱式风电机组占全球风电机组的市场 份额合计 76.90%，风电齿轮箱是风电机组市场的主流需求。
风电齿轮箱市场集中度高，根据 GWEC 数据，南高齿、采埃孚和威能极是 全球三大齿轮箱制造商，2020 年三大企业产能占全球总产能比例约 70%。 其中南高齿全球市占率约 23.72%，是全球最大的齿轮箱制造商，其产品覆 盖 1.5MW~11.XMW 全系列风电齿轮箱产品。
风电齿轮箱轴承数量多、种类多，目前主要采用滚动轴承，且大兆瓦机型 配套齿轮箱中以进口轴承为主，占齿轮箱总成本 20%以上。包括深沟球轴 承、圆柱滚子轴承、满装圆柱滚子轴承、双列圆锥滚子轴承、调心滚子轴 承、推力调心滚子轴承、四点接触球轴承等。
风机大型化趋势下滑动轴承有望实现齿轮箱用轴承从“0”到“1”的突破。 滑动轴承具有承载能力强、体积小、结构简单等特点。随着风电齿轮箱朝 着 10MW+ 超大功率发展（风轮重量将超过 500t），以及市场对高性价比、 高可靠大功率风电齿轮箱的需求越来越大，若仍全部采用进口滚动轴承， 不仅会使滚动轴承径向尺寸过大，增大风电齿轮箱故障失效率，还将增加 风电齿轮箱成本，严重制约其性价比。根据《滑动轴承在风电齿轮箱中的 应用现状与发展趋势》表示，相较于采用滚动轴承的风电齿轮箱，采用滑 动轴承的风电齿轮箱扭矩密度可提升 25%，传动链长度能减少 5%，齿轮 箱重量可降低 5%，成本相应降低 15%。
目前国内外厂商滑动轴承风电齿轮箱并跑，均处于样机开发与测试阶段。 德国威能极公司开发出 3~5.xMW 半直驱型滑动轴承风电齿轮箱，已实现 8MW 滑动轴承风电齿轮箱研制。德国美闻达公司开发出 5MW 及以上滑动 轴承风电齿轮箱，将所有滚动轴承替换为滑动轴承，扭矩密度提升了 35%， 达 150Nm/kg。德国采埃孚公司开发出 4~5MW 滑动轴承风电齿轮箱，将 扭矩密度提高到 175Nm/kg。上海电气与威能极合作开发出 5.xMW 滑动轴 承风电齿轮箱。南高齿开发出 3.x MW 滑动轴承风电齿轮箱。太原重工开 发出 2MW 级滑动轴承风电齿轮箱，进行了 5 年以上的风电场运行验证。
2、新突破！我国轴研科技国产首台8MW全系列风电齿轮箱轴承成功下线
为突破风电齿轮箱轴承技术，轴研科技成立专门研发团队，根据多年轴承研发经验，针对不同位置齿轮箱轴承的工况特点和试验数据，不断优化设计参数，同时搭建全传动链仿真模型，对轴承设计方案进行确定。
针对齿轮箱轴承的应用特点，该企业通过长期工艺试验，最终成功建立齿轮箱轴承零件精度保持性加工工艺技术体系，通过实现轴承加工各工序特殊控制，有效保证了齿轮箱轴承满足20年以上长寿命和高可靠性要求。
此前，该企业围绕风电齿轮箱轴承领域，已陆续开发了4.5兆瓦、5兆瓦、6.7兆瓦风电齿轮箱轴承。此次下线的8兆瓦级别风电齿轮箱轴承，一是在规格上完成升级，更加适应当前风机大型化发展趋势；二是实现了全系列供应，产品类型涵盖半直驱和双馈机型全部类型齿轮箱轴承，从而保证了相关产品的全面替代。
据统计，在安装海域每秒7米的平均风速下，单台8兆瓦风电机组年发电量可达2560万千瓦时，年可利用时间可超过3200小时 ，可减少标准煤约2.39万吨，减少二氧化碳排放量约9万吨。
轴研科技总经理范雨晴表示：自2020年以来，轴研科技以“锻造轴研所长、服务国家所需”为己任，先后研发了国内首台4.5MW陆上、7MW海上、10MW海上风电主轴轴承及风电主轴轴承剩余寿命预测系统，不断贡献风电轴承国产化的“轴研力量”。此次“国内首台8MW全系列风电齿轮箱轴承”成功下线，是风机行业关键部件国产化进程的又一重大突破，饱含轴研科技全体员工的不懈努力以及我们对民族轴承品牌自立自强的坚定信念。
为突破风电齿轮箱轴承技术，轴研科技成立专门研发团队，针对不同位置齿轮箱轴承的工况特点，进行材料及表面涂层选择，参数优化，搭建全传动链仿真模型分析，最终确定设计方案，有效保证了齿轮箱轴承满足20年以上长寿命和高可靠性要求。近年来，轴研科技围绕风电齿轮箱轴承领域，已陆续开发了4.XMW、5.XMW、6.XMW风电齿轮箱轴承。此次下线的8MW级别风电齿轮箱轴承，在规格上完成升级，更加适应当前风机大型化发展趋势，同时实现了全系列供应，产品类型涵盖半直驱和双馈机型全部类型齿轮箱轴承，从而保证了相关产品的全面替代。
在做好技术革新的同时，轴研科技进一步加大风电齿轮箱轴承产业化的投入。目前，轴研科技可以实现风电齿轮箱轴承年产能3500台套。
下一步，轴研科技将继续坚持“锻造轴研所长、服务国家所需”，进一步加大研发投入，不断提升风电主轴轴承和风电齿轮箱轴承产能和检测能力，力争为风电全产业链国产化作出更大贡献。
