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2024-09-03 來源:中國能源報 瀏覽數(shù):848
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)對精度控制、載荷能力、運行壽命等指標(biāo)有極高的要求,多年來被視作風(fēng)電部件國產(chǎn)化進(jìn)程中的“最后一環(huán)”。
“樂陵風(fēng)電場自2020年正式投運以來,使用國產(chǎn)主軸承的風(fēng)電機(jī)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(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?!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(fēng)電場,場長車慶華如是說。
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)對精度控制、載荷能力、運行壽命等指標(biāo)有極高的要求,多年來被視作風(fēng)電部件國產(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)備國產(chǎn)化“最后的黑匣子”。華北平原之上的樂陵風(fēng)電場,即使在強(qiáng)湍流、高剪切等復(fù)雜風(fēng)況的持續(xù)沖擊下,安裝著國產(chǎn)主軸承的風(fēng)電機(jī)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(fēng)電場
穩(wěn)定運行數(shù)年 國產(chǎn)主軸承表現(xiàn)突出
樂陵風(fēng)電場是典型的平原風(fēng)電場,數(shù)十臺風(fēng)電機(jī)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(fēng)在此交匯,雖然年平均風(fēng)速僅有4.96米/秒,但瞬時風(fēng)速高、風(fēng)向多變,時常發(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)場工作人員感到欣喜的是,自2020年全容量并網(wǎng)以來,樂陵風(fēng)電場平均年發(fā)電小時數(shù)可達(dá)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(fēng)電場生產(chǎn)運行指標(biāo)對標(biāo)華北地區(qū)山東省級AAA級”風(fēng)電場、“2022年全國無故障風(fēng)電場管理成果”獎、“2023年兩百日無故障風(fēng)電場和2023年無故障風(fēng)電場管理先進(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),樂陵風(fēng)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(chǎn)主軸承為代表的核心部件的強(qiáng)力支撐:現(xiàn)場34臺單機(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)電運行過程中發(fā)揮了重要作用。
“主軸承是風(fēng)機(jī)所有運動部件的樞紐,也是風(fēng)電機(jī)組的核心部件,機(jī)械設(shè)備是否運行得好,溫度是首要判斷指標(biāo)。” 車慶華說,“如果機(jī)械設(shè)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(fēng)電主軸承的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為不超過65攝氏度,而運行近4年來,遠(yuǎn)景主軸承運行溫度始終遠(yuǎn)低于此,基本維持在40攝氏度左右。”
除了溫度以外,現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示,該風(fēng)電場國產(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振動監(jiān)測數(shù)據(jù)和伽利略平臺大數(shù)據(jù)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(nèi),健康度同樣保持良好。
“一方面,國產(chǎn)主軸承在性能上已經(jīng)達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平,能夠滿足風(fēng)電設(shè)備對主軸承的高要求;另一方面,國產(chǎn)主軸承的性價比優(yōu)勢也使得風(fēng)電項目的整體成本得到有效控制。此外,國內(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)定運行提供了有力保障?!避噾c華稱。
打開“黑匣子” 助力風(fēng)電持續(xù)降本增效
“2019年前,我國風(fēng)電主軸承被進(jìn)口品牌壟斷,國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(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,如今國產(chǎn)主軸承的突破實屬來之不易。”
從產(chǎn)品本身來看,遠(yuǎn)景自研主軸承選材采用純凈的特級優(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,國內(nèi)主軸承生產(chǎn)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(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)出最適合中國應(yīng)用場景的軸承,比如根據(jù)風(fēng)況特點定制化設(shè)計內(nèi)部接觸,再根據(jù)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(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,針對每臺風(fēng)機(jī)進(jìn)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?!痹撝鬏S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間作出反饋、幾個月時間更換維修,時間、人力成本太高,國產(chǎn)主軸承實現(xiàn)替代后,運維響應(yīng)時間明顯更快,一天就可以找到所需備件,盡可能減少停機(jī)時間,同時各類數(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(fēng)電競爭力
起步雖晚,但厚積薄發(fā)。風(fēng)電設(shè)備國產(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)場五區(qū)副總經(jīng)理劉飛告訴記者,在國產(chǎn)核心部件逐步替代、可靠性不斷提高的情況下,風(fēng)電場運維工作正不斷精簡,效率也明顯提高?!拔覐氖嘛L(fēng)電運維工作近十年,感受非常明顯。一座裝機(jī)容量10萬千瓦的風(fēng)電場,運維人員數(shù)量已經(jīng)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(fēng)機(jī)可靠性提升,遠(yuǎn)景開始推行風(fēng)電場集群化管理,現(xiàn)場項目經(jīng)理人員精簡超過50%?!?/p>
車慶華指出,目前各大央企主軸承采購環(huán)節(jié)國產(chǎn)比例正穩(wěn)步提升,對進(jìn)口軸承的依賴不斷下降,隨著國內(nèi)軸承制造技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量提高,國產(chǎn)主軸承的市場占比還會進(jìn)一步上揚。
從無到有,由少到多,國產(chǎn)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(yīng)用至今,遠(yuǎn)景已累計開發(fā)出14款自研主軸承,累計交付近6000臺,應(yīng)用于全球508個風(fēng)場項目,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)、超低溫等各類場景。其中超過1500臺配備自研主軸承的風(fēng)機(jī)在海外市場交付,自批量投運以來零失效。
有預(yù)測認(rèn)為,今年國內(nèi)風(fēng)機(jī)主軸承國產(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,國產(chǎn)風(fēng)電設(shè)備的競爭力也日漸凸顯。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)通過國際權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)DNV-GL設(shè)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(fēng)能理事會預(yù)測,未來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、原材料價格上漲、地緣政治以及風(fēng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量不佳等問題困擾。中國制造的風(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)中國力量。
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