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风电行业“卡脖子”难题!国产轴承如何一步步实现突破?
时间:2023-11-29 13:44:34 点击次数:

在2023年,中国的风电轴承产业正处在飞速发展的阶段。作为国家战略性新兴产业的一部分,风电产业在实现“双碳”目标中扮演着核心角色。而风电机组配套轴承作为风电设备中的关键零部件,其自主可控、安全可靠对于保障产业安全、国家经济安全具有重大意义。

随着中国市场的不断扩大以及国产风电设备技术的快速进步,我国风电技术已经站在了全球的前沿。这为整机企业提供了更多的材料设备和技术支持,同时也为国产风电轴承厂商提供了弯道超车的绝佳机会。

国产16兆瓦风电主轴轴承下线,打破外企垄断

作为全球最大的风电装备制造基地,中国风电机组零部件及整机产量已经占据了全球50%以上的市场份额。然而,一个不争的事实却摆在中国人面前,那就是风电的关键零部件长期依赖进口。

主轴轴承是风力发电机的核心部件,素有风机“心脏”之称,是发电机和轮毂的核心连接传动件,由于技术壁垒高、国产化率较低,国内市场曾长期被外国企业垄断。

2022年,一个好消息从洛阳的一家老牌轴承企业传出,他们制造的国内首套16兆瓦风电主轴轴承,结束了我国不能研发制造此类高端产品的历史,标志着我国风电行业近30年关键零部件“卡脖子”难题迎刃而解。

洛阳LYC轴承有限公司副总经理 郑红威:这次的主轴轴承尺寸也比较大,外径达到了3米2,这种产品以前都是被世界八大轴承集团所垄断,国内企业研究的占比较小,16兆瓦轴承的研制成功,使国内风电主轴轴承从跟跑到并跑的过程。同时这个轴承研制成功以后,对国内风机避免受制于人,起到极大的推动作用。

风电行业“卡脖子”难题!国产轴承如何一步步实现突破?

五年交付4600台,远景自研主轴承运行零失效

截至目前,远景自研主轴承累计交付4600台,投入市场五年来运行零失效。

远景能源副总裁、风机平台负责人、传动链负责人娄益民表示,主轴承的自研自制解决了我国风机装备核心部件卡脖子的最后一个环节,远景利用超1.2万台在役风机运行数据,对轴承进行针对性强化设计,与传动链和整机更匹配,精度、承载能力等指标领先行业,这正是整机商做主轴承的最大优势。就像成衣定制一样,和整机更匹配,发电效率更高,可靠性更高。

自2019年首台自研主轴承成功应用以来,截至目前,远景主轴承已交付4600台,海上7MW以上机型交付近200台,平均成本比进口品牌低30%以上,投入市场五年来运行零失效,这在国外顶尖品牌中,没有一家可以做到。可以说,远景风电主轴承在设计技术、加工工艺、质量管理等方面极大提升了国产风电主轴承产业链的能力,打破了外资品牌垄断。目前,进口品牌主轴承在远景风机的占比已从2019年前的100%降低到30%,预计整个行业主轴承国产化比例将从2021年前的10%左右提升到今年的48%左右。

风电行业“卡脖子”难题!国产轴承如何一步步实现突破?

轴承制造工艺升级,天成机械聚焦更具成本优势的感应淬火工艺

近年来,行业更多地关注风电整机商之间的激烈竞争,事实上从风电整机开始,整个上游产业链都处于白热化竞争现状。为了配合整机降本需求,法兰、齿轮、轴承等重要供应链环节也在从材料和技术工艺上不断地加快创新步伐,以实现成本领先优势。

2023年北京国际风能展上,有钢铁企业代表指出,大兆瓦机组的快速发展带来的载荷增大需求,催生了高端风电钢铁材料装备的强度升级。相应的,随着原材料的质量提升,风电关键大部件——主轴轴承无论在技术工艺,还是在质量效益上也都实现了巨大的跃迁。

“随着钢材硬度的提升,感应淬火工艺更符合当下风电主设备在高性能、低成本上的要求。”风力发电网与烟台天成机械有限公司(以下简称“天成机械”)销售副总裴承功详聊当下的风电轴承市场现状。裴承功表示,中频感应淬火工艺制造的圆锥滚子轴承(TRB)、调心滚子轴承(SRB)等主轴轴承,正是天成机械基于材料和工艺创新从而实现成本领先的产品。

这家位于山东烟台的轴承企业,2018年起聚焦更具成本优势的感应淬火工艺路线的主轴轴承,已于2023年3月实现首批试验件交付,8月份通过台架测试,实现了阶段性成果绽放。

这其中,天成机械从核心原材料成分调配、产品建模、部件修型、关键设备自研、20MW-5米直径主轴轴承试验台等方面着手,成功开发的国产主轴轴承具有引领性的产能效率优势和成本优势,而且还联合开发了国产无软带中频感应淬火设备,打破了国际市场的多年垄断。

据风力发电网查询资料显示,感应加热淬火的轴承使用寿命比在炉中加热淬、回火的提高10%~20%。同时,配套设备占地面积小、节约能源,便于机械化,更重要的是,感应淬火具有零件畸变小、无软带、氧化脱碳少、生产效率高等优点。

基于上述优势,感应淬火工艺相较于传统的渗碳工艺,无论在轴承性能,还是效率、成本均有一定的优势,使得该工艺路线正在成为风电轴承技术工艺新趋势,得到相关企业的快速部署。当前天成机械已实现样件或小批量供应,预计2024年会有一个较大市场增长。

风电行业“卡脖子”难题!国产轴承如何一步步实现突破?

“卡脖子技术”!国产轴承在技术工艺和批量订单上实现破局

2006年,国家发改委出台“风电设备国产化率70%”的规定,国内风电轴承企业借政策东风快速崛起,最终实现了技术含量略低的偏航轴承、变桨轴承国产化。而风电主轴轴承被认为是行业“卡脖子技术”,多年来难有技术工艺和批量订单上的突破。

一组来自于Wood Mackenzie的数据也显示,2020年时外资企业在大功率、主轴轴承市场占有领先的市场地位。

但在国家“双碳”战略目标和新型电力系统的持续推进下,风电市场快速发展和技术创新的持续攻关,推动国内风电供应链体系快速完善和突破,也带领着本土风电轴承企业积极打破国外垄断,陆续取得大功率主轴轴承研发突破,形成了关键核心设备的自研自制穿透能力,逐渐具备了与外资品牌同场竞技的能力。

研究机构数据显示,预计2025年国内陆上、海上风电轴承市场空间总值接近236亿元,CAGR为11.94%。从当下的形势来看,预计未来2-3年国产轴承企业将依托技术工艺创新和成本优势,逐渐在齿轮箱轴承、偏变轴承以及风电主轴轴承领域逐渐更大的市场份额,助推国内风电设备品质可靠和成本领先。

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