風力發(fā)電網(wǎng)訊：從國產(chǎn)16MW海上機組主軸軸承掛機，到陸上10MW風電主軸軸承完成裝機，再到不久前國內(nèi)首臺18MW海上風機主軸軸承下線。2023年國產(chǎn)風電軸承正在從外資品牌的圍剿下實現(xiàn)浴火重生。
不可否認的是，在SKF、舍弗勒、鐵姆肯等外資軸承龍頭占據(jù)中國風電軸承領(lǐng)先市場地位的這些年，間接在產(chǎn)業(yè)鏈配套、工藝水平上培養(yǎng)和提升了國內(nèi)供應(yīng)商。不過更重要的內(nèi)因是，隨著中國單一市場的快速擴大、國產(chǎn)風電設(shè)備大型化的快速迭代，我國風電技術(shù)已走向全球范圍內(nèi)的深水區(qū)，為整機企業(yè)提供材料設(shè)備以及技術(shù)上的配套支持，成為國產(chǎn)風電軸承廠商彎道超車的絕佳機遇。
圖片來自“天成機械”官網(wǎng)
軸承制造工藝升級
近年來，行業(yè)更多地關(guān)注風電整機商之間的激烈競爭，事實上從風電整機開始，整個上游產(chǎn)業(yè)鏈都處于白熱化競爭現(xiàn)狀。為了配合整機降本需求，法蘭、齒輪、軸承等重要供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)也在從材料和技術(shù)工藝上不斷地加快創(chuàng)新步伐，以實現(xiàn)成本領(lǐng)先優(yōu)勢。
2023年北京國際風能展上，有鋼鐵企業(yè)代表指出，大兆瓦機組的快速發(fā)展帶來的載荷增大需求，催生了高端風電鋼鐵材料裝備的強度升級。相應(yīng)的，隨著原材料的質(zhì)量提升，風電關(guān)鍵大部件——主軸軸承無論在技術(shù)工藝，還是在質(zhì)量效益上也都實現(xiàn)了巨大的躍遷。
“隨著鋼材硬度的提升，感應(yīng)淬火工藝更符合當下風電主設(shè)備在高性能、低成本上的要求。”風力發(fā)電網(wǎng)與煙臺天成機械有限公司（以下簡稱“天成機械”）銷售副總裴承功詳聊當下的風電軸承市場現(xiàn)狀。裴承功表示，中頻感應(yīng)淬火工藝制造的圓錐滾子軸承（TRB）、調(diào)心滾子軸承（SRB）等主軸軸承，正是天成機械基于材料和工藝創(chuàng)新從而實現(xiàn)成本領(lǐng)先的產(chǎn)品。
這家位于山東煙臺的軸承企業(yè)，2018年起聚焦更具成本優(yōu)勢的感應(yīng)淬火工藝路線的主軸軸承，已于2023年3月實現(xiàn)首批試驗件交付，8月份通過臺架測試，實現(xiàn)了階段性成果綻放。
這其中，天成機械從核心原材料成分調(diào)配、產(chǎn)品建模、部件修型、關(guān)鍵設(shè)備自研、20MW-5米直徑主軸軸承試驗臺等方面著手，成功開發(fā)的國產(chǎn)主軸軸承具有引領(lǐng)性的產(chǎn)能效率優(yōu)勢和成本優(yōu)勢，而且還聯(lián)合開發(fā)了國產(chǎn)無軟帶中頻感應(yīng)淬火設(shè)備，打破了國際市場的多年壟斷。
據(jù)風力發(fā)電網(wǎng)查詢資料顯示，感應(yīng)加熱淬火的軸承使用壽命比在爐中加熱淬、回火的提高10%~20%。同時，配套設(shè)備占地面積小、節(jié)約能源，便于機械化，更重要的是，感應(yīng)淬火具有零件畸變小、無軟帶、氧化脫碳少、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。
基于上述優(yōu)勢，感應(yīng)淬火工藝相較于傳統(tǒng)的滲碳工藝，無論在軸承性能，還是效率、成本均有一定的優(yōu)勢，使得該工藝路線正在成為風電軸承技術(shù)工藝新趨勢，得到相關(guān)企業(yè)的快速部署。當前天成機械已實現(xiàn)樣件或小批量供應(yīng)，預計2024年會有一個較大市場增長。
3萬支軸承0故障
風電軸承的質(zhì)量品質(zhì)對于風電傳動鏈的可靠性至關(guān)重要，尤其是在當前大兆瓦風電機組的大量應(yīng)用下，是實現(xiàn)持續(xù)大規(guī)模利用風能發(fā)電的關(guān)鍵。
如果說多年前國產(chǎn)主軸產(chǎn)品較外資產(chǎn)品缺乏的是掛機驗證和長期運行經(jīng)驗的話，那隨著國內(nèi)大兆瓦風電設(shè)備的持續(xù)突破，國產(chǎn)軸承品質(zhì)無論在應(yīng)用經(jīng)驗，還是在技術(shù)投資、反應(yīng)速度，以及熱處理技術(shù)工藝上，都已不遜色進口廠商。
資料來源：各公司官網(wǎng)、風力發(fā)電網(wǎng)
當前，天成機械也正在從三個方面聚焦風電軸承產(chǎn)品品質(zhì)。
在技術(shù)設(shè)計端，天成機械在研發(fā)上搭建了50多人的純風電軸承研發(fā)團隊，涵蓋材料、摩擦學、設(shè)計、計算校核、工藝、產(chǎn)品驗證和部件驗證等風電軸承涉及的各個環(huán)節(jié)。
第二，聚焦產(chǎn)品制造過程的保障，以自動化、智能化軟硬件配置，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的各環(huán)節(jié)數(shù)字化管控，確保產(chǎn)品高品控要求。
據(jù)悉，天成機械自2015年起就配置了6米X 6米的蔡司龍門三坐標，確保軸承的全部尺寸檢測客觀定量化和數(shù)據(jù)化，到目前已經(jīng)配置4臺蔡司龍門三坐標，最大已經(jīng)達到8米X 8米。其提交市場的每一支軸承（包括偏航齒圈）均帶有三坐標檢測報告，標準領(lǐng)先業(yè)內(nèi)。
第三，聚焦產(chǎn)品測試驗證。2015年，天成機械搭建直徑6米，彼時國內(nèi)最大能力的風電葉片軸承測試臺，累計進行了60多次臺架測試，測試產(chǎn)品涵蓋1.5-15MW。最新投入使用的20MW風電主軸軸承測試臺已經(jīng)跑和完畢，即將投入國產(chǎn)主軸軸承密集測試。
“我們堅持對于新機型、新結(jié)構(gòu)形式和尺寸的軸承進行100%的臺架測試，然后進行掛機測試。以上的所有努力，使得天成機械交付風電主機運行的3萬多支軸承（最長已經(jīng)運行了8年）實現(xiàn)了0故障反饋的優(yōu)異表現(xiàn)。”裴承功說。
國產(chǎn)軸承破局
2006年，國家發(fā)改委出臺“風電設(shè)備國產(chǎn)化率70%”的規(guī)定，國內(nèi)風電軸承企業(yè)借政策東風快速崛起，最終實現(xiàn)了技術(shù)含量略低的偏航軸承、變槳軸承國產(chǎn)化。而風電主軸軸承被認為是行業(yè)“卡脖子技術(shù)”，多年來難有技術(shù)工藝和批量訂單上的突破。
一組來自于Wood Mackenzie的數(shù)據(jù)也顯示，2020年時外資企業(yè)在大功率、主軸軸承市場占有領(lǐng)先的市場地位。
風電主軸軸承2020年全球市場競爭格局
▲數(shù)據(jù)來源：《Global wind turbine supply chain trends 2020》,Wood Mackenzie
但在國家“雙碳”戰(zhàn)略目標和新型電力系統(tǒng)的持續(xù)推進下，風電市場快速發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的持續(xù)攻關(guān)，推動國內(nèi)風電供應(yīng)鏈體系快速完善和突破，也帶領(lǐng)著本土風電軸承企業(yè)積極打破國外壟斷，陸續(xù)取得大功率主軸軸承研發(fā)突破，形成了關(guān)鍵核心設(shè)備的自研自制穿透能力，逐漸具備了與外資品牌同場競技的能力。
研究機構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，預計2025年國內(nèi)陸上、海上風電軸承市場空間總值接近236億元，CAGR為11.94%。從當下的形勢來看，預計未來2-3年國產(chǎn)軸承企業(yè)將依托技術(shù)工藝創(chuàng)新和成本優(yōu)勢，逐漸在齒輪箱軸承、偏變軸承以及風電主軸軸承領(lǐng)域逐漸更大的市場份額，助推國內(nèi)風電設(shè)備品質(zhì)可靠和成本領(lǐng)先。
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