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镍-- 风力发电机铸件的关键成分
by Dean Jobb
镍杂志, 2007年6月 -- 人类降低碳排放和减轻全球变暖的种种努力使得全世界对来自风能的清洁能源的需求不断增长 —
这为镍的应用创造出充满前景的新市场。
风力发电机的大型部件— 转子轮毂、齿轮箱壳、基板、齿轮和传动轴采用球墨铸铁铸造，其好处是比碳钢铸件轻10%。金属必须满足耐冲击性方面的苛刻标准，而这正是镍发挥关键作用的地方。
“发电机制造商正在寻求一种具有某些关键特性包括优良的低温冲击强度的球墨铸铁合金，”位于美国密歇根Wixom的Stork Climax 研究机构的高级冶金工程师Rick
Gundlach说道，“传统的不含镍的球墨铸铁难以达到所要求的这些力学性能”。
传统的球墨铸铁含有2-3%的硅，它能使金属强化，但缺点是造成金属的低温脆化。铸造过程中添加0.5-1%的镍可减少硅的添加量，使材料能够满足风力发电机部件在-20C下的最低耐冲击性要求。
“风能工程师不想要脆性的材料，他们想要具有低温韧性的材料，”北美球墨铸铁学会的技术董事James Mullins说，“镍是少数的几种使铁强化而不会使其脆化的元素之一。”
如此少量镍的添加似乎显得无足轻重，但是考虑一下所铸造的部件的尺寸。转子轮毂是环形铸件，中间有一个孔洞安放转子叶片和其它部件，其大小足以供一个人穿过。每个铸件重1600公斤。建造一台4.5兆瓦、可向1500户家庭供电的涡轮式风力发电机需要使用32-45吨球墨铸铁铸件。较大型的发电机正在研发之中，而将来预计会有更大型的风力发电机。
用45吨铸件装配的单个发电机含有近半吨的镍，全球只有约20家制造厂能生产这类尺寸的铸件，他们要使用不少镍。Mullins 说。
“市场的巨大需求推动着这些风力发电机的大量生产”，正在为美国两家铸造厂进行质量控制测试工作的Gundlach补充说，“厂家的生产速度还不够快”。
涡轮机的数量也如同其尺寸一样正不断扩大。美国风能协会（AWEA）预计2007年美国风力发电量将达到310亿千瓦时，预计发电能力年增长率将高达30%，但总体看来，北美在利用风能方面行动迟缓。在欧洲，商业化风力发电已经牢固确立，含镍球墨铸铁自从90年代中期便用于制造涡轮机。
美国政府已将提供给风力发电厂的税收信贷延长到2007年底，增大了呈繁荣-萧条周期性变化的涡轮机市场的稳定性。据AWEA介绍，2006年4家涡轮机制造商在美国开设了新厂，欧洲制造商也在建立分厂以供应不断增长的美国市场。
美国铸造厂正在改装设备以生产所需要的铸件。例如，据“工程铸造方案杂志”介绍，俄亥俄州Cincinnati 铸造加工技术公司1/4以上的铸件产品销售到风力发电厂。
“风力发电机的需求是如此地旺盛，以至于发电机制造商找不到足够的铸造厂生产铸件”，Gundlach说，“我们很长时间都没看到这样的新市场了。”
Dean Jobb is a Halifax, Nova Scotia-based freelance writer.
Photos: iStock and General Electric
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