打開“最后的黑匣子”，國(guó)產(chǎn)主軸承投運(yùn)近4年表現(xiàn)超預(yù)期

“樂(lè)陵風(fēng)電場(chǎng)自2020年正式投運(yùn)以來(lái)，使用國(guó)產(chǎn)主軸承的風(fēng)電機(jī)組零失效，運(yùn)行溫度、油脂鐵含量、CMS振動(dòng)監(jiān)控等核心運(yùn)行指標(biāo)均優(yōu)于行業(yè)平均水平，尤其是溫度始終維持在40攝氏度左右，遠(yuǎn)低于臨界溫度65攝氏度，表現(xiàn)穩(wěn)定可靠。”《中國(guó)能源報(bào)》記者日前走訪國(guó)華投資山東分公司樂(lè)陵風(fēng)電場(chǎng)，場(chǎng)長(zhǎng)車慶華如是說(shuō)。

作為風(fēng)電設(shè)備中的關(guān)鍵部件，主軸承的研發(fā)和生產(chǎn)對(duì)精度控制、載荷能力、運(yùn)行壽命等指標(biāo)有極高的要求，多年來(lái)被視作風(fēng)電部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中的“最后一環(huán)”。在風(fēng)電行業(yè)降本增效的大背景下，我國(guó)風(fēng)電主機(jī)廠商逐步突破技術(shù)壁壘，打開了風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化“最后的黑匣子”。華北平原之上的樂(lè)陵風(fēng)電場(chǎng)，即使在強(qiáng)湍流、高剪切等復(fù)雜風(fēng)況的持續(xù)沖擊下，安裝著國(guó)產(chǎn)主軸承的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行表現(xiàn)依舊超出行業(yè)平均水平，交出了亮眼的答卷。

▲國(guó)華投資山東分公司樂(lè)陵風(fēng)電場(chǎng)

樂(lè)陵風(fēng)電場(chǎng)是典型的平原風(fēng)電場(chǎng)，數(shù)十臺(tái)風(fēng)電機(jī)組分布在大片玉米地里。來(lái)自渤海灣的洋流與華北平原的風(fēng)在此交匯，雖然年平均風(fēng)速僅有4.96米/秒，但瞬時(shí)風(fēng)速高、風(fēng)向多變，時(shí)常發(fā)生高湍流、極限風(fēng)等復(fù)雜氣象，風(fēng)輪不平衡載荷大，主軸承載荷工況苛刻。讓風(fēng)場(chǎng)工作人員感到欣喜的是，自2020年全容量并網(wǎng)以來(lái)，樂(lè)陵風(fēng)電場(chǎng)平均年發(fā)電小時(shí)數(shù)可達(dá)2500小時(shí)，已累計(jì)發(fā)出9.2億度綠電，每年所發(fā)電量大約可滿足15萬(wàn)居民一年的家庭用電需求。

“2021年全國(guó)風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行指標(biāo)對(duì)標(biāo)華北地區(qū)山東省級(jí)AAA級(jí)”風(fēng)電場(chǎng)、“2022年全國(guó)無(wú)故障風(fēng)電場(chǎng)管理成果”獎(jiǎng)、“2023年兩百日無(wú)故障風(fēng)電場(chǎng)和2023年無(wú)故障風(fēng)電場(chǎng)管理先進(jìn)成果”管理成果——憑借超預(yù)期的發(fā)電量和高可靠性表現(xiàn)，樂(lè)陵風(fēng)電場(chǎng)近年來(lái)斬獲了諸多“明星頭銜”。

優(yōu)異運(yùn)行表現(xiàn)的背后，離不開以國(guó)產(chǎn)主軸承為代表的核心部件的強(qiáng)力支撐：現(xiàn)場(chǎng)34臺(tái)單機(jī)容量為3.0兆瓦的遠(yuǎn)景能源風(fēng)電機(jī)組，遠(yuǎn)景自研主軸承在發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。

“主軸承是風(fēng)機(jī)所有運(yùn)動(dòng)部件的樞紐，也是風(fēng)電機(jī)組的核心部件，機(jī)械設(shè)備是否運(yùn)行得好，溫度是首要判斷指標(biāo)。” 車慶華說(shuō)，“如果機(jī)械設(shè)備潤(rùn)滑到位，基本沒(méi)有什么磨損，就不會(huì)出現(xiàn)溫度過(guò)高的情況。風(fēng)電主軸承的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為不超過(guò)65攝氏度，而運(yùn)行近4年來(lái)，遠(yuǎn)景主軸承運(yùn)行溫度始終遠(yuǎn)低于此，基本維持在40攝氏度左右。”

除了溫度以外，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，該風(fēng)電場(chǎng)國(guó)產(chǎn)主軸承磨損極低，油脂鐵含量也明顯低于行業(yè)平均水平；基于CMS振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和伽利略平臺(tái)大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)算評(píng)估，所有自研主軸承的特征信號(hào)均在正常范圍以內(nèi)，健康度同樣保持良好。

“一方面，國(guó)產(chǎn)主軸承在性能上已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，能夠滿足風(fēng)電設(shè)備對(duì)主軸承的高要求；另一方面，國(guó)產(chǎn)主軸承的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)也使得風(fēng)電項(xiàng)目的整體成本得到有效控制。此外，國(guó)內(nèi)軸承制造企業(yè)在售后服務(wù)、響應(yīng)速度、數(shù)據(jù)開放和技術(shù)支持方面表現(xiàn)更為出色，為風(fēng)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。”車慶華稱。

“2019年前，我國(guó)風(fēng)電主軸承被進(jìn)口品牌壟斷，國(guó)外品牌市占率基本達(dá)到100%。” 遠(yuǎn)景能源主軸承專家在接受《中國(guó)能源報(bào)》記者采訪時(shí)坦言，“主軸承需要滿足高精度控制、高載荷能力、長(zhǎng)壽命等諸多技術(shù)要求，研發(fā)和生產(chǎn)難度極大，新進(jìn)者技術(shù)壁壘很高，如今國(guó)產(chǎn)主軸承的突破實(shí)屬來(lái)之不易。”

從產(chǎn)品本身來(lái)看，遠(yuǎn)景自研主軸承選材采用純凈的特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼材，特殊的冶煉方式可以有效控制有害非金屬夾雜物水平，提高軸承的抗疲勞能力，同時(shí)借助熱處理方式創(chuàng)新，得到極具韌性的組織性能，提高軸承的抗沖擊能力，也使得軸承滾道面的抗磨損能力得到大幅提升。此外，與同類型進(jìn)口產(chǎn)品相比，自研主軸承產(chǎn)品加工精度提高，使得承載運(yùn)轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)，內(nèi)部滾道表面更為光滑，軸承摩擦發(fā)熱水平更低，有效控制了產(chǎn)品內(nèi)部缺陷，極大提高了軸承的可靠性。

▲遠(yuǎn)景能源自研主軸承

除了技術(shù)層面的突破，國(guó)內(nèi)主軸承生產(chǎn)商還獨(dú)辟蹊徑，借助定制化優(yōu)勢(shì)打開更大市場(chǎng)空間。

“相對(duì)于傳統(tǒng)軸承制造商，遠(yuǎn)景作為整機(jī)制造商，可以將主軸承放在本土化環(huán)境中研究，開發(fā)出最適合中國(guó)應(yīng)用場(chǎng)景的軸承，比如根據(jù)風(fēng)況特點(diǎn)定制化設(shè)計(jì)內(nèi)部接觸，再根據(jù)摩擦磨損特征定制化控制策略，過(guò)濾不利的彎矩載荷波動(dòng)，助力發(fā)電機(jī)獲得更高的輸入扭矩，從而提升風(fēng)機(jī)發(fā)電量。借助遠(yuǎn)景伽利略系統(tǒng)，還可以預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)每臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行差異化運(yùn)維，或者主動(dòng)運(yùn)維規(guī)避故障，帶來(lái)更高的發(fā)電效率。”該主軸承專家進(jìn)一步表示。

“以往，進(jìn)口主軸承產(chǎn)品一旦失效，海外供應(yīng)商可能需要大幾周時(shí)間作出反饋、幾個(gè)月時(shí)間更換維修，時(shí)間、人力成本太高，國(guó)產(chǎn)主軸承實(shí)現(xiàn)替代后，運(yùn)維響應(yīng)時(shí)間明顯更快，一天就可以找到所需備件，盡可能減少停機(jī)時(shí)間，同時(shí)各類數(shù)據(jù)更加開放透明，‘黑匣子’全部打開，即使出質(zhì)保后風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維成本也降低了不少，還提高了發(fā)電收益。” 車慶華感慨道。

起步雖晚，但厚積薄發(fā)。風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化“最后的黑匣子”已打開，風(fēng)電上下游產(chǎn)業(yè)鏈正迎來(lái)更高頻“共振”。

遠(yuǎn)景能源工程服務(wù)與資產(chǎn)管理中心大現(xiàn)場(chǎng)五區(qū)副總經(jīng)理劉飛告訴記者，在國(guó)產(chǎn)核心部件逐步替代、可靠性不斷提高的情況下，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維工作正不斷精簡(jiǎn)，效率也明顯提高。“我從事風(fēng)電運(yùn)維工作近十年，感受非常明顯。一座裝機(jī)容量10萬(wàn)千瓦的風(fēng)電場(chǎng)，運(yùn)維人員數(shù)量已經(jīng)從十三四個(gè)減少到現(xiàn)在的七八個(gè)，很快三四個(gè)人就能夠滿足運(yùn)維工作需要。2022年以來(lái)，隨著自研部件的切入和智能化水平的提升，風(fēng)機(jī)可靠性提升，遠(yuǎn)景開始推行風(fēng)電場(chǎng)集群化管理，現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目經(jīng)理人員精簡(jiǎn)超過(guò)50%。”

車慶華指出，目前各大央企主軸承采購(gòu)環(huán)節(jié)國(guó)產(chǎn)比例正穩(wěn)步提升，對(duì)進(jìn)口軸承的依賴不斷下降，隨著國(guó)內(nèi)軸承制造技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量提高，國(guó)產(chǎn)主軸承的市場(chǎng)占比還會(huì)進(jìn)一步上揚(yáng)。

從無(wú)到有，由少到多，國(guó)產(chǎn)主軸承的潛力還在不斷釋放。自2019年首臺(tái)自研主軸承成功應(yīng)用至今，遠(yuǎn)景已累計(jì)開發(fā)出14款自研主軸承，累計(jì)交付近6000臺(tái)，應(yīng)用于全球508個(gè)風(fēng)場(chǎng)項(xiàng)目，涵蓋2—16兆瓦風(fēng)機(jī)容量，覆蓋海陸、平原、山地、沙戈荒、高極限風(fēng)、超低溫等各類場(chǎng)景。其中超過(guò)1500臺(tái)配備自研主軸承的風(fēng)機(jī)在海外市場(chǎng)交付，自批量投運(yùn)以來(lái)零失效。

有預(yù)測(cè)認(rèn)為，今年國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)主軸承國(guó)產(chǎn)化比例有望從2021年前的10%左右，提高到65%左右。

在海外市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)風(fēng)電設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力也日漸凸顯。據(jù)前述遠(yuǎn)景能源主軸承專家透露，目前遠(yuǎn)景自研主軸承已經(jīng)通過(guò)國(guó)際權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)DNV-GL設(shè)計(jì)審核和制造審核，成功獲得IECRE證書，在海外市場(chǎng)打破了外資品牌的壟斷，憑借高可靠性、零失效的特點(diǎn)，成功躋身全球一流主軸承品牌。

全球風(fēng)能理事會(huì)預(yù)測(cè)，未來(lái)10年，全球風(fēng)電裝機(jī)量有望新增1太瓦以上，而西方風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈卻飽受通貨膨脹、原材料價(jià)格上漲、地緣政治以及風(fēng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量不佳等問(wèn)題困擾。中國(guó)制造的風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)品供應(yīng)將大幅緩解供應(yīng)鏈危機(jī)，為全球綠色轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)中國(guó)力量。