“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(jiān)控等核心運行指標均優(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，遠低于臨界溫度65攝氏度，表現(xiàn)穩(wěn)定可靠?！薄吨袊茉磮蟆酚浾呷涨白咴L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(fā)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(huán)”。在風電行業(yè)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(xù)沖擊下，安裝著國產主軸承的風電機組運行表現(xiàn)依舊超出行業(yè)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(wěn)定運行數年
國產主軸承表現(xiàn)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(fā)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(fā)電小時數可達2500小時，已累計發(fā)出9.2億度綠電，每年所發(fā)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(qū)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(fā)電量和高可靠性表現(xiàn)，樂陵風電場近年來斬獲了諸多“明星頭銜”。

優(yōu)異運行表現(xiàn)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(xiàn)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(fā)電運行過程中發(fā)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(xiàn)溫度過高的情況。風電主軸承的行業(yè)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?！?/strong>

▲樂陵風電場場站監(jiān)測終端的遠景自研主軸承運行溫度曲線

除了溫度以外，現(xiàn)場監(jiān)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(yè)平均水平；基于CMS振動監(jiān)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(yōu)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(yè)在售后服務、響應速度、數據開放和技術支持方面表現(xiàn)更為出色，為風電設備的穩(wěn)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(xù)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(fā)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?！?/p>

從產品本身來看，遠景自研主軸承選材采用純凈的特級優(yōu)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(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(wěn)，內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(yōu)勢打開更大市場空間。

“相對于傳統(tǒng)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(huán)境中研究，開發(fā)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(fā)電機獲得更高的輸入扭矩，從而提升風機發(fā)電量。借助遠景伽利略系統(tǒng)，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(guī)避故障，帶來更高的發(fā)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(xiàn)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(fā)電收益?！?車慶華感慨道。

自研創(chuàng)新不斷
提升中國風電競爭力

起步雖晚，但厚積薄發(fā)。風電設備國產化“最后的黑匣子”已打開，風電上下游產業(yè)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(xiàn)場五區(qū)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(xiàn)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(xiàn)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(huán)節(jié)國產比例正穩(wěn)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(fā)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(yè)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。