挺进全球风电“无人区”,这很中国风机!

能见App 2024年1月23日 24426

编者按:

健康、自主、可靠的产业链对于风电发展至关重要,其中自研是核心基础,制造是重中之重,最终都指向高效可靠的交付。

对核心部件的理解程度,直接决定整个风机系统效率和安全性的提升。作为风机国产化的引领者,远景自2009年起,从基础研究入手,坚持做难而正确的事,一路打开变频器、变桨系统、叶片、发电机、齿轮箱、主轴承等核心部件设计和制造的黑匣子,持续推动风机性能、可靠性、成本良性平衡。

经过三十余年的发展,中国风电阔步蹚入“无人区”,在技术创新、产品形态等方面已无太多经验可借鉴。远景用民族情怀开拓风电技术“深水区”,在多个领域代表中国风电最高水平跻身全球一流。

文 | 宋琪


能源低碳转型的大变局下,新能源产业的“爆火”顺理成章。面对赛道成长性与确定性的双重诱惑,跨界者蜂拥而至。

然而,「能见」梳理发现,尽管企业跨界的脚步在风、光、储领域“全面开花”,但进一步细分就会察觉,风电产业链跨界“凉热不均”——下游风场运营“人满为患”,规模倍增、前景光明的产业链上游核心环节——风电整机制造赛道却“无人问津”。

究其原因,一句话足以概括:非不愿,实不能。

目前,全面迈入3.0时代的中国风电产业已经驶入“无人区”。远景集团高级副总裁田庆军认为,3.0时代是风电行业的顶峰。不仅技术创新已突破边界,在产品形态、商业模式等方面也已无太多经验可借鉴,行业开始在更高层面“摸着石头过河”。

更重要的是,与1.0系统集成和2.0关键部件自研完全不同,风电3.0阶段,行业比拼的是对全流程设计、技术、部件耦合、效率提升等环节的全面掌控。在此背景下,3.0时代的技术特征已更迭为风机核心部件的自制。

“风机是大型的、复杂的、系统的旋转机械工业产品,要想全面认知机组设计的性能、成本、质量边界,我们不仅要打开关键部件的黑匣子,还要把黑匣子真正造出来,实现部件和系统的深度融合才是极致产品的核心。这是远景能源从始至终的追求,也是远景深耕易耨出的优势。”田庆军称。

远景江阴碳中和技术产业园

01 破局:破解“不可能三角

目前,风电行业正在经历消耗战与攻坚战的双重洗礼。

一方面,持续了3年多的“价格战”不仅未见熄火,反而不断刷新低价记录。2023年12月初,伴随着阿鲁科尔沁100万千瓦风储基地项目设备采购的开标,国内陆上风电正式进入“单机容量10MW”“单位千瓦低于1000元”的新纪元。

另一方面,在整机制造业迈入“薄利时代”的同时,以大型化为主要趋势的机型迭代迈入“高速时代”。

2022年,国内整机企业推出了超过220款新机型;2023年,仅在国际风能展期间,10家整机企业发布的新机型就达30款。在快节奏的市场更迭下,国内陆上风电机组最大单机容量已升至15MW,海上风电更已进入20MW时代。

更重要的是,伴随着机型迭代的加速,机组销售周期不断被压缩。业内资深从业人员告诉「能见」,1.5MW机型风机的销售周期超过10年,2MW~3MW机型机组的周期约为7~8年,4MW~5MW机型机组的周期缩短至3~4年。

一边“卷”技术、一边“卷”市场,激烈的竞争态势中,盈利友好性、机组性能可靠性、产品升级迫切性,似乎正在成为新的“风电不可能三角”。

如何破局?自古华山一条路,想要赢下这场消耗战与攻坚战,核心部件自研自制是唯一的选择。

业内人士告诉「能见」,通过“自研”,整机商一定程度上可以匹配满足机型快速迭代背景下,大兆瓦机组核心部件的精细化定制要求。但若要打通风机失效管理的最后一公里,非“自制”不可。“不清楚关键部件在风机系统中协同的运行机理,不能深入管理到设计和工艺的细节,只是孤立地对部件提出可靠性要求,是行业出现大量失效的关键原因。”

早在公司创立之初,远景就已经有了这样的“觉悟”。破解关键部件的黑匣子,远景势在必行。

自2009年起,远景一步步穿透了产业链大部件技术。远景能源副总裁、风机产品平台负责人娄益民告诉「能见」,根据大部件在整机系统中的重要程度和技术难度,远景已经从变频器、变桨系统、叶片、发电机贯通至传动链层面,实现了齿轮箱以及主轴承的自制和自研。

目前,远景自研叶片、发电机和变频器交付量均突破10000套。自研主轴承交付超4600套,自制齿轮箱下线超5000台。

一直以来,主轴承都是风机国产化的“最大难题”,风电齿轮箱更是有“机械传动链皇冠上的珍珠”之称,成功攻克主轴承与齿轮箱的自研、自制,意味着远景已经通过技术彻底击穿供应链卡脖子难题,真正实现了核心部件的“融会贯通”。

 

02 入局:认知决定高度

业内某分析师指出,“卡脖子”一词在风电业界的泛化使用,模糊了产业链背后的复杂性。具体而言,“卡脖子”往往是供应链系统能力缺失导致的,而这种系统能力不仅需要“造得出来”,更要“嵌得进去”、“用得起来”。

这与远景对于大部件贯通的认知不谋而合。

娄益民在向「能见」介绍远景自研传动链产品优势时强调,远景的传动链产品是“站在巨人的肩膀上”,含着金钥匙出生的。所谓“巨人的肩膀”,既指远景建立起的110人国际化研发“智囊团”,又指远景基于上万台在役风机汇集起的超强“数据库”。

“远景的传动链研发团队都是国际顶级专业品牌的顶尖技术专家,有着超过20年的专业和经验积累。专家之所以‘顶尖’,不仅在于其累积的成功经验,更在于其见识过足够多的失效案例。”娄益民认为,“知道‘如何做对’很重要,但懂得‘从哪避坑’更难得。”

同时,基于伽利略智能风机系统及风机数据监控系统,远景积累了超2万台在役风机运行数据。在设计传动链产品时,远景可充分考虑到风机实际运行工况、设计边界,并给予充足的数据输入,在制造、测试验证和运行等环节打通信息流,反馈到整机和齿轮箱、主轴承等核心部件的设计,形成闭环。

传动链产品从数据层面强化的针对性设计意味着,其产品精度、承载能力等指标与整机更匹配,真正实现了“从整机中来,回整机里去”。

“造得出来”只是万里长征第一步,远景坚持认为,实现部件和系统的深度融合才是极致产品的核心。为了验证部件性能、部件与系统的耦合情况,远景在测试验证方面同样不吝投入。

远景测试验证中心的建设规划最早可追溯至2015年,至今累计投资3亿元,远景测试中心已经建成8座大型复杂机电液测控一体化测试平台,并从全球引入了100多套先进的测量设备。

在远景自研自制的第5000台齿轮箱下线之际,「能见」走进位于江阴的远景智慧能源产业园,先后参观了测试验证中心、齿轮箱工厂等。在测试验证中心,设备运转发出的“沙沙”声和眼前不断旋转的“大家伙”无一不显示出工作的繁忙。测试中心的工作人员向「能见」介绍道,“不论是外购,还是自研自制,远景风机的核心大部件在应用之前,都要经过测试中心的检验。当前主轴承测试台、变桨轴承工艺测试台和轮毂转子测试台上的被测部件累计测试都已经超过半年,半年的测试时长等效现实工况下的30年。”

中国最早建成的五自由度整机加载测试台

再往前走,记者依次见到了中国最早建成的五自由度整机加载测试台、中国最大的具备动态弯矩能力的风电主轴承测试台,以及中国唯一的26兆瓦级别弯扭耦合传动链测试台。

工作人员告诉记者,远景之所以不计投入地建造弯扭耦合传动链测试台,是因为在如今机型迭代速度明显加快、产品推出市场节奏被迫加速的情况下,留给样机验证时间一再被压缩,仅能进行静态工况模拟的测试台已经不能满足产品质量管控的的实际需求。

“整机企业越真实地拟合实际运行工况,越能在紧迫的机型迭代空隙中守住设备可靠性底线。以齿轮箱测试为例,常规齿轮箱测试只有纯扭矩加载模式,但远景目前的测试台可以实现传动链弯矩加载、弯扭耦合、冲击载荷、交变载荷等非常规测试,尽最大可能验证风机在实际应用工况下的可靠性表现。”测试中心的工作人员表示。

在严格的流程管控、充分的测试验证、高水准的团队搭建,以及基于数字平台的反馈闭环等流程保障下,远景同时实现了产品高可靠、市场快响应及成本最优化目标。

娄益民向「能见」表示,远景通过大部件自研自制畅通了测试数据与产品设计的反馈通道,将远景产品的市场需求响应时间大大缩短。

与此同时,得益于EVA检测技术的成功落地和远景新材料标准的高效执行,迄今为止,所有交付投运的远景齿轮箱未见一例非金属夹杂导致的失效;远景交付的4600台自研主轴承,投入市场五年来运行零失效,更重要的是,其采购成本和交付周期较进口品牌实现较大优化。


03 谋局:赋能产业链

穿透从设计、制造到测试的全流程后,远景已成为中国唯一拥有自研自制齿轮箱工厂的风电整机制造企业。

远景齿轮箱工厂内景

在制造环节,远景延续了其一贯的高认知。在远景看来,全球先进制造业应具备“新技术、新生态、多融合”的特征。实地来看,远景确实已将齿轮箱工厂建成了现代化工厂的标准范式。

远景齿轮箱工厂不仅实现了世界工业领域领先的单件流混线生产、清洁度分段管理、Milk run物流管理、数字化工艺到工位等运营模式,还利用大数据优势完成了齿轮箱配磨等工艺技术的自主创新,提升了制造效率。

齿轮箱吊装

更重要的是,远景齿轮箱工厂已进一步扩展为传动链工厂。

远景传动链团队向「能见」表示,远景传动链工厂从搭建之初就不只是为了“零部件制造”,而是要以传动系统、整机系统思维打通风机产品的全生命周期信息流,紧密对接全产业链上研发设计、测试验证、制造运行等各个环节,通过制造环节的工艺和管理创新,以及严格的全功能出场测试,将自研部件设计完美落地为批量产品,保证Build-to-Print产品一致性,并最终依托伽利略超感知系统将过程数据闭环到设计端,服务风机终生优化。

值得一提的是,尽管远景已经通过技术贯通大部件,拥有核心部件的自研自制能力,但娄益民向「能见」强调,远景发力核心部件自制的目的并非取代外购,与供应商抢市场,相反,远景希望依托自身的研发及流程创新,为产业链赋能,实现产业链的整体跃升。

以主轴承环节为例。远景主轴承在制造环节与供应商的密切合作,不仅淬炼了行业在主轴承设计技术、加工工艺、质量管理等方面的能力,同时将其对于制造环节的认知和创新输入到全产业链。业内认为,整机商与代工企业的深度合作,可使代工企业将升级后的制造和质量管控能力复用于其生产制造全领域。

远景与主轴承供应商制造合作从源头开始,贯穿钢材、热处理、机加工、装配、出厂检验等全过程。

在合作中,远景集成开发团队负责全链条的开发、评审、验证和放行,保证设备、工艺、人员等生产要素和过程管控满足高质量交付的要求,同时批量生产的质量监造会将每一个生产节点的数据反馈回远景质量管理平台进行大数据分析,保证轴承制造过程能力的稳定受控。

2020年,行业抢装叠加疫情导致进出口通道受阻,主轴承的供应成为卡住风机交付的主要障碍,行业曾饱受供应链掣肘之患。

随着远景自研主轴承的不断突破,国内供应链最后一个“卡脖子”难题被攻克。2023年,远景供应的风机产品中,进口主轴承的应用比例已从2019年前的100%降低至30%;整个行业主轴承国产化比例,则由2021年前的10%提升到2023年的48%左右,2024年预计进一步提升到60~70%。

目前,中国风电市场已经成为世界最前沿的技术阵地和练兵场,同时中国也是全球最大的制造基地与供应链市场。惠誉博华工商企业部副总监唐大千曾向「能见」表示,全产业链的打通及本地化是中国风电参与国际竞争的关键优势。未来,产业链的优势也将成为整机企业决胜海外的强大武器。