“乐陵风电场自2020年正式投运以来，使用国产主轴承的风电机组零失效，运行温度、油脂铁含量、CMS振动监控等核心运行指标均优于行业平均水平，尤其是温度始终维持在40摄氏度左右，远低于临界温度65摄氏度，表现稳定可靠。”《中国能源报》记者日前走访国华投资山东分公司乐陵风电场，场长车庆华如是说。
作为风电设备中的关键部件，主轴承的研发和生产对精度控制、载荷能力、运行寿命等指标有极高的要求，多年来被视作风电部件国产化进程中的“最后一环”。在风电行业降本增效的大背景下，我国风电主机厂商逐步突破技术壁垒，打开了风电设备国产化“最后的黑匣子”。华北平原之上的乐陵风电场，即使在强湍流、高剪切等复杂风况的持续冲击下，安装着国产主轴承的风电机组运行表现依旧超出行业平均水平，交出了亮眼的答卷。
图为国华投资山东分公司乐陵风电场。远景能源/供图
稳定运行数年
国产主轴承表现突出
乐陵风电场是典型的平原风电场，数十台风电机组分布在大片玉米地里。来自渤海湾的洋流与华北平原的风在此交汇，虽然年平均风速仅有4.96米/秒，但瞬时风速高、风向多变，时常发生高湍流、极限风等复杂气象，风轮不平衡载荷大，主轴承载荷工况苛刻。让风场工作人员感到欣喜的是，自2020年全容量并网以来，乐陵风电场平均年发电小时数可达2500小时，已累计发出9.2亿度绿电，每年所发电量大约可满足15万居民一年的家庭用电需求。
“2021年全国风电场生产运行指标对标华北地区山东省级AAA级”风电场、“2022年全国无故障风电场管理成果”奖、“2023年两百日无故障风电场和2023年无故障风电场管理先进成果”管理成果——凭借超预期的发电量和高可靠性表现，乐陵风电场近年来斩获了诸多“明星头衔”。
优异运行表现的背后，离不开以国产主轴承为代表的核心部件的强力支撑：现场34台单机容量为3.0兆瓦的远景能源风电机组，远景自研主轴承在发电运行过程中发挥了重要作用。
“主轴承是风机所有运动部件的枢纽，也是风电机组的核心部件，机械设备是否运行得好，温度是首要判断指标。” 车庆华说，“如果机械设备润滑到位，基本没有什么磨损，就不会出现温度过高的情况。风电主轴承的行业标准为不超过65摄氏度，而运行近4年来，远景主轴承运行温度始终远低于此，基本维持在40摄氏度左右。”
图为乐陵风电场场站监测终端的远景自研主轴承运行温度曲线。远景能源/供图
除了温度以外，现场监控数据显示，该风电场国产主轴承磨损极低，油脂铁含量也明显低于行业平均水平；基于CMS振动监测数据和伽利略平台大数据的实时计算评估，所有自研主轴承的特征信号均在正常范围以内，健康度同样保持良好。
“一方面，国产主轴承在性能上已经达到或接近国际先进水平，能够满足风电设备对主轴承的高要求；另一方面，国产主轴承的性价比优势也使得风电项目的整体成本得到有效控制。此外，国内轴承制造企业在售后服务、响应速度、数据开放和技术支持方面表现更为出色，为风电设备的稳定运行提供了有力保障。”车庆华称。
打开“黑匣子”
助力风电持续降本增效
“2019年前，我国风电主轴承被进口品牌垄断，国外品牌市占率基本达到100%。” 远景能源主轴承专家在接受《中国能源报》记者采访时坦言，“主轴承需要满足高精度控制、高载荷能力、长寿命等诸多技术要求，研发和生产难度极大，新进者技术壁垒很高，如今国产主轴承的突破实属来之不易。”
从产品本身来看，远景自研主轴承选材采用纯净的特级优质钢材，特殊的冶炼方式可以有效控制有害非金属夹杂物水平，提高轴承的抗疲劳能力，同时借助热处理方式创新，得到极具韧性的组织性能，提高轴承的抗冲击能力，也使得轴承滚道面的抗磨损能力得到大幅提升。此外，与同类型进口产品相比，自研主轴承产品加工精度提高，使得承载运转更为平稳，内部滚道表面更为光滑，轴承摩擦发热水平更低，有效控制了产品内部缺陷，极大提高了轴承的可靠性。
图为远景能源自研主轴承。远景能源/供图
除了技术层面的突破，国内主轴承生产商还独辟蹊径，借助定制化优势打开更大市场空间。
“相对于传统轴承制造商，远景作为整机制造商，可以将主轴承放在本土化环境中研究，开发出最适合中国应用场景的轴承，比如根据风况特点定制化设计内部接触，再根据摩擦磨损特征定制化控制策略，过滤不利的弯矩载荷波动，助力发电机获得更高的输入扭矩，从而提升风机发电量。借助远景伽利略系统，还可以预知风险，针对每台风机进行差异化运维，或者主动运维规避故障，带来更高的发电效率。”该主轴承专家进一步表示。
“以往，进口主轴承产品一旦失效，海外供应商可能需要大几周时间作出反馈、几个月时间更换维修，时间、人力成本太高，国产主轴承实现替代后，运维响应时间明显更快，一天就可以找到所需备件，尽可能减少停机时间，同时各类数据更加开放透明，‘黑匣子’全部打开，即使出质保后风电场运维成本也降低了不少，还提高了发电收益。” 车庆华感慨道。
自研创新不断
提升中国风电竞争力
起步虽晚，但厚积薄发。风电设备国产化“最后的黑匣子”已打开，风电上下游产业链正迎来更高频“共振”。
远景能源工程服务与资产管理中心大现场五区副总经理刘飞告诉记者，在国产核心部件逐步替代、可靠性不断提高的情况下，风电场运维工作正不断精简，效率也明显提高。“我从事风电运维工作近十年，感受非常明显。一座装机容量10万千瓦的风电场，运维人员数量已经从十三四个减少到现在的七八个，很快三四个人就能够满足运维工作需要。2022年以来，随着自研部件的切入和智能化水平的提升，风机可靠性提升，远景开始推行风电场集群化管理，现场项目经理人员精简超过50%。”
车庆华指出，目前各大央企主轴承采购环节国产比例正稳步提升，对进口轴承的依赖不断下降，随着国内轴承制造技术进步和产品质量提高，国产主轴承的市场占比还会进一步上扬。
从无到有，由少到多，国产主轴承的潜力还在不断释放。自2019年首台自研主轴承成功应用至今，远景已累计开发出14款自研主轴承，累计交付近6000台，应用于全球508个风场项目，涵盖2—16兆瓦风机容量，覆盖海陆、平原、山地、沙戈荒、高极限风、超低温等各类场景。其中超过1500台配备自研主轴承的风机在海外市场交付，自批量投运以来零失效。
有预测认为，今年国内风机主轴承国产化比例有望从2021年前的10%左右，提高到65%左右。
在海外市场，国产风电设备的竞争力也日渐凸显。据前述远景能源主轴承专家透露，目前远景自研主轴承已经通过国际权威认证机构DNV-GL设计审核和制造审核，成功获得IECRE证书，在海外市场打破了外资品牌的垄断，凭借高可靠性、零失效的特点，成功跻身全球一流主轴承品牌。
全球风能理事会预测，未来10年，全球风电装机量有望新增1太瓦以上，而西方风电产业链却饱受通货膨胀、原材料价格上涨、地缘政治以及风机产品质量不佳等问题困扰。中国制造的风电设备产品供应将大幅缓解供应链危机，为全球绿色转型贡献中国力量。
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