打開“最后的黑匣子”，國產主軸承投運近4年表現超預期

“樂陵風電場自2020年正式投運以來，使用國產主軸承的風電機組零失效，運行溫度、油脂鐵含量、CMS振動監控等核心運行指標均優于行業平均水平，尤其是溫度始終維持在40攝氏度左右，遠低于臨界溫度65攝氏度，表現穩定可靠。”《中國能源報》記者日前走訪國華投資山東分公司樂陵風電場，場長車慶華如是說。

作為風電設備中的關鍵部件，主軸承的研發和生產對精度控制、載荷能力、運行壽命等指標有極高的要求，多年來被視作風電部件國產化進程中的“最后一環”。在風電行業降本增效的大背景下，我國風電主機廠商逐步突破技術壁壘，打開了風電設備國產化“最后的黑匣子”。華北平原之上的樂陵風電場，即使在強湍流、高剪切等復雜風況的持續沖擊下，安裝著國產主軸承的風電機組運行表現依舊超出行業平均水平，交出了亮眼的答卷。

▲國華投資山東分公司樂陵風電場

穩定運行數年
國產主軸承表現突出

樂陵風電場是典型的平原風電場，數十臺風電機組分布在大片玉米地里。來自渤海灣的洋流與華北平原的風在此交匯，雖然年平均風速僅有4.96米/秒，但瞬時風速高、風向多變，時常發生高湍流、極限風等復雜氣象，風輪不平衡載荷大，主軸承載荷工況苛刻。讓風場工作人員感到欣喜的是，自2020年全容量并網以來，樂陵風電場平均年發電小時數可達2500小時，已累計發出9.2億度綠電，每年所發電量大約可滿足15萬居民一年的家庭用電需求。

“2021年全國風電場生產運行指標對標華北地區山東省級AAA級”風電場、“2022年全國無故障風電場管理成果”獎、“2023年兩百日無故障風電場和2023年無故障風電場管理先進成果”管理成果——憑借超預期的發電量和高可靠性表現，樂陵風電場近年來斬獲了諸多“明星頭銜”。

優異運行表現的背后，離不開以國產主軸承為代表的核心部件的強力支撐：現場34臺單機容量為3.0兆瓦的遠景能源風電機組，遠景自研主軸承在發電運行過程中發揮了重要作用。

“主軸承是風機所有運動部件的樞紐，也是風電機組的核心部件，機械設備是否運行得好，溫度是首要判斷指標。” 車慶華說，“如果機械設備潤滑到位，基本沒有什么磨損，就不會出現溫度過高的情況。風電主軸承的行業標準為不超過65攝氏度，而運行近4年來，遠景主軸承運行溫度始終遠低于此，基本維持在40攝氏度左右。”

▲樂陵風電場場站監測終端的遠景自研主軸承運行溫度曲線

除了溫度以外，現場監控數據顯示，該風電場國產主軸承磨損極低，油脂鐵含量也明顯低于行業平均水平；基于CMS振動監測數據和伽利略平臺大數據的實時計算評估，所有自研主軸承的特征信號均在正常范圍以內，健康度同樣保持良好。

“一方面，國產主軸承在性能上已經達到或接近國際先進水平，能夠滿足風電設備對主軸承的高要求；另一方面，國產主軸承的性價比優勢也使得風電項目的整體成本得到有效控制。此外，國內軸承制造企業在售后服務、響應速度、數據開放和技術支持方面表現更為出色，為風電設備的穩定運行提供了有力保障。”車慶華稱。

打開“黑匣子”
助力風電持續降本增效

“2019年前，我國風電主軸承被進口品牌壟斷，國外品牌市占率基本達到100%。” 遠景能源主軸承專家在接受《中國能源報》記者采訪時坦言，“主軸承需要滿足高精度控制、高載荷能力、長壽命等諸多技術要求，研發和生產難度極大，新進者技術壁壘很高，如今國產主軸承的突破實屬來之不易。”

從產品本身來看，遠景自研主軸承選材采用純凈的特級優質鋼材，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，同時借助熱處理方式創新，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，與同類型進口產品相比，自研主軸承產品加工精度提高，使得承載運轉更為平穩，內部滾道表面更為光滑，軸承摩擦發熱水平更低，有效控制了產品內部缺陷，極大提高了軸承的可靠性。

▲遠景能源自研主軸承

除了技術層面的突破，國內主軸承生產商還獨辟蹊徑，借助定制化優勢打開更大市場空間。

“相對于傳統軸承制造商，遠景作為整機制造商，可以將主軸承放在本土化環境中研究，開發出最適合中國應用場景的軸承，比如根據風況特點定制化設計內部接觸，再根據摩擦磨損特征定制化控制策略，過濾不利的彎矩載荷波動，助力發電機獲得更高的輸入扭矩，從而提升風機發電量。借助遠景伽利略系統，還可以預知風險，針對每臺風機進行差異化運維，或者主動運維規避故障，帶來更高的發電效率。”該主軸承專家進一步表示。

“以往，進口主軸承產品一旦失效，海外供應商可能需要大幾周時間作出反饋、幾個月時間更換維修，時間、人力成本太高，國產主軸承實現替代后，運維響應時間明顯更快，一天就可以找到所需備件，盡可能減少停機時間，同時各類數據更加開放透明，‘黑匣子’全部打開，即使出質保后風電場運維成本也降低了不少，還提高了發電收益。” 車慶華感慨道。

自研創新不斷
提升中國風電競爭力

起步雖晚，但厚積薄發。風電設備國產化“最后的黑匣子”已打開，風電上下游產業鏈正迎來更高頻“共振”。

遠景能源工程服務與資產管理中心大現場五區副總經理劉飛告訴記者，在國產核心部件逐步替代、可靠性不斷提高的情況下，風電場運維工作正不斷精簡，效率也明顯提高。“我從事風電運維工作近十年，感受非常明顯。一座裝機容量10萬千瓦的風電場，運維人員數量已經從十三四個減少到現在的七八個，很快三四個人就能夠滿足運維工作需要。2022年以來，隨著自研部件的切入和智能化水平的提升，風機可靠性提升，遠景開始推行風電場集群化管理，現場項目經理人員精簡超過50%。”

車慶華指出，目前各大央企主軸承采購環節國產比例正穩步提升，對進口軸承的依賴不斷下降，隨著國內軸承制造技術進步和產品質量提高，國產主軸承的市場占比還會進一步上揚。

從無到有，由少到多，國產主軸承的潛力還在不斷釋放。自2019年首臺自研主軸承成功應用至今，遠景已累計開發出14款自研主軸承，累計交付近6000臺，應用于全球508個風場項目，涵蓋2—16兆瓦風機容量，覆蓋海陸、平原、山地、沙戈荒、高極限風、超低溫等各類場景。其中超過1500臺配備自研主軸承的風機在海外市場交付，自批量投運以來零失效。

有預測認為，今年國內風機主軸承國產化比例有望從2021年前的10%左右，提高到65%左右。

在海外市場，國產風電設備的競爭力也日漸凸顯。據前述遠景能源主軸承專家透露，目前遠景自研主軸承已經通過國際權威認證機構DNV-GL設計審核和制造審核，成功獲得IECRE證書，在海外市場打破了外資品牌的壟斷，憑借高可靠性、零失效的特點，成功躋身全球一流主軸承品牌。

全球風能理事會預測，未來10年，全球風電裝機量有望新增1太瓦以上，而西方風電產業鏈卻飽受通貨膨脹、原材料價格上漲、地緣政治以及風機產品質量不佳等問題困擾。中國制造的風電設備產品供應將大幅緩解供應鏈危機，為全球綠色轉型貢獻中國力量。