“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，遠低于臨界溫度65攝氏度，表現(xiàn)穩(wěn)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(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

樂陵風(fēng)電場是典型的平原風(fēng)電場，數(shù)十臺風(fēng)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(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力支撐：現(xiàn)場34臺單機容量為3.0兆瓦的遠景能源風(fēng)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(fēng)機所有運動部件的樞紐，也是風(fēng)電機組的核心部件，機械設(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。”

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)達到或接近國際先進水平，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。”車慶華稱。

“2019年前，我國風(fēng)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(shù)要求，研發(fā)和生產(chǎn)難度極大，新進者技術(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(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)電機獲得更高的輸入扭矩，從而提升風(fēng)機發(fā)電量。借助遠景伽利略系統(tǒng)，還可以預(yù)知風(fēng)險，針對每臺風(fēng)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(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。

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。“我從事風(fēng)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(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)機可靠性提升，遠景開始推行風(fēng)電場集群化管理，現(xiàn)場項目經(jīng)理人員精簡超過50%。”

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，對進口軸承的依賴不斷下降，隨著國內(nèi)軸承制造技術(shù)進步和產(chǎn)品質(zhì)量提高，國產(chǎn)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(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)機在海外市場交付，自批量投運以來零失效。

有預(yù)測認為，今年國內(nèi)風(fēng)機主軸承國產(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)前述遠景能源主軸承專家透露，目前遠景自研主軸承已經(jīng)通過國際權(quán)威認證機構(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，為全球綠色轉(zhuǎn)型貢獻中國力量。