风力发电设备润滑需求和标准发展现状与展望

2023-12-09 08:49水琳张国茹赵海鹏

石油商技 2023年4期

水琳张国茹赵海鹏

1 中国石化润滑油有限公司

2 中国石化润滑油有限公司北京研究院

新兴行业发展现状

近年来，国家在促进传统产业升级的同时，大力发展战略新兴产业，这些产业充分体现了其知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的特点，对国民经济长远发展起到重要的引领带动作用。在《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》[1]中，将节能环保、信息、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车等作为现阶段重点发展的战略性新兴产业。国家统计局于2018年11月公布的《战略性新兴产业分类（2018）》[2]，明确了战略9大新兴产业领域：新一代信息技术、高端装备制造业、新材料产业、生物产业、新能源汽车产业、新能源产业、节能环保产业、数字创意产业、相关服务业。国家各大部委出台了一系列政策，有力地支撑了中国制造业加快转型升级的步伐，向高端化、智能化、绿色化发展。根据国家统计局数据显示[3]，2022年，规模以上高技术制造业和装备制造业增加值分别比上年增加7.4%和5.6%，分别高于全部规模以上工业增加值增速3.8个和2个百分点。

润滑油作为机械装备、高端装备、新材料技术及新能源汽车、新能源产业中必不可少的液体材料和液体零部件，其发展需要与配套行业的技术发展而同步变化，随着规模发展而规范化，尤其是新兴行业的快速发展，同步建立润滑标准更是不容忽视的重要研究部分。

风电行业市场发展

中国风电始于1986年的早期示范项目，进入21世纪后形成快速发展，我国的能源和环境问题日益严峻，国家先后通过了《可再生能源法》、制定了《可再生能源中长期发展规划》后，可再生能源在绿色低碳发展中起到重要作用，风电更成为核心。2010年中国新增风电装机容量达到世界第一，累计风电装机容量超过美国，成为世界风电装机第一大国，并保持至今。

据中国可再生能源学会风能专业委员会《中国风电产业地图2022》[4]报告，截至2022年年底，中国风电累计装机容量超3.9亿kW，累计装机超过18万台，占全球风电累计装机容量约42.2%，连续13年位居全球首位。中国风电从陆上风电、潮汐带海上风电向深远海风电发展。风电机组单机容量持续增长，陆上风机平均单机容量达到4 294 kW，海上风电机组平均单机容量达7 420 kW。

中国整机制造商市场份额在全球正快速增长（见表1），进入前10的中国制造商在全球市场份额已超23%。在中国进入风电整机制造的厂家不断增加，但是具有较高的集中度。2022年新增装机容量，排名前5家市场份额合计为72.3%，排名前10家市场份额合计为98.6%，累计装机量市场份额见表2。

表1 全球风电整机制造商占有率[5] （2022年5月数据）

表2 截止2022年年底中国风电整机制造商市场份额

风电设备润滑需求

风电设备的合理润滑直接关系到风电设备发电效率的高低、设备的安全、使用寿命的长短和维护费用的支出等。风电设备润滑涉及齿轮箱、轴承、液压、逆变器等多个润滑点，用到齿轮油、液压油、润滑脂、冷却液等多种润滑油脂液。由于风电设备运行环境、工况要求及设备设计寿命与其他领域工业装备不同，因此润滑油脂液的性能要求也各有差异。风电设备技术路线以双馈型、直驱型和半直驱为主，风电设备不同润滑点位与润滑油品种及性能的对应性见表3。

表3 风电设备润滑点位及润滑品种与性能要求

从表3中可以看出，风电设备润滑需求区别于其他行业，在重载、冲击负荷、高低温温差、换油周期超长的要求上更加严苛，不可随意使用，对于油品的选择和使用应科学合理。同时，由于设备和油品使用周期长，需要通过定期的油品监测，掌握和了解设备的运行状态和预警信息，以及油品的品质变化情况。

中国风电润滑市场伴随着风电行业的快速发展而成长，同时结合中国风电场的地域特点、机型变化、设计升级等形成了品种丰富的润滑剂产品，面向整机制造商、零部件制造商和风电业主企业。润滑油公司通过开发符合市场需要的风电润滑剂产品、开展整机制造商及部分零部件制造商技术认证、进行一定周期的挂机试验后，最终为风电客户进行配套。目前，中国风电润滑市场规模约在1.5～2万t/a。

风电设备用润滑剂标准现状

行业的快速发展需要通过建立完善的标准体系，实现支撑产业发展、促进科技进步、规范社会治理的作用。国内外关于齿轮、轴承、液压的常规润滑标准较多，详见表4。在中国风电发展最快的时期，这些标准所涉及的油脂性能指标并不能完全反映出风力发电机组对润滑油的关键性能指标要求。2012年9月，《风力发电机组专用润滑剂》中国国家标准制定工作正式启动，率先开展了针对风力发电设备相关润滑剂标准的制定工作，包含了变速箱齿轮油、轴承润滑脂、开式齿轮润滑脂、专用液压油4个部分。该系列标准是目前国内外系列最全、与风电关联度最紧密的专项标准，已经成为风电行业选油、用油规范和润滑管理依据，同时也是润滑油行业开发和生产相关润滑产品的质量依据。

风电变速箱齿轮油

2016年以后，国内外均对工业齿轮油标准先后进行了升级[6]和发布。2016年，AGMA 9005-F16进行了更新，增加了FE-8轴承保护要求。2017年，中国发布了GB/T33540.3—2017《风力发电机组专用润滑剂第3部分：变速箱齿轮油》。2018年，ISO 12925、DIN51517标准均进行了升级：ISO标准在前一版本的基础上增加了轴承磨损保护及弗兰德泡沫试验，以及具有抗微点蚀性能要求的L-CKSMP规格；DIN标准中则增加了抗微点蚀性能要求、轴承磨损保护、弗兰德泡沫试验及橡胶相容性等。

表5展示了GB/T 33540.3与GB 5903—2011在性能要求上的不同，可以充分看出风电齿轮润滑相较于常规工业齿轮油在多项内容上有新增要求，常规齿轮油产品性能无法覆盖。

表5 风电变速箱齿轮油与工业闭式齿轮油标准差异

轴承润滑脂

GB/T 33540.1《风力发电机组专用润滑剂第1部分：轴承润滑脂》在参考了国际先进的DIN 51825《Κ型润滑脂 - 分类、要求和试验》的基础上，结合风电不同轴承部位润滑需求，建立了主轴偏航变桨距轴承润滑脂和发电机轴承润滑脂两部分。对于主轴、偏航变桨距轴承，从极压承载性、抗微动磨损、低温、氧化安定性等方面进行了强化，充分体现出风电设备轴承在不同地域环境下，在冲击载荷变化的情况下的特殊性润滑要求；对于电机轴承，尤其是双馈风机发电机发热量大，轴承温度一般在90～100 ℃，需要具有优良的抗磨、极压性能、黏附性能、高低温性能和防锈性能以外的滚筒安定性和低温转矩及长寿命（FE9 润滑脂润滑寿命试验），具有较强的性能特色。

液压系统润滑油

目前液压油标准主要有国际标准ISO 11158—2009《润滑剂、工业用油和有关产品（L类）-H组（液压系统）-HH、HL、HM、HR、HV和HG品种的规格》，国内有国家标准GB 11118.1—2011。这些标准并非风电机组液压系统专用产品标准。由于风电机组液压系统的工况条件和维护难度，要求用于液压系统的产品具有良好的橡胶相容性，以防止油品泄漏，具有较高的清洁度等级，以保证伺服、比例调节系统精确、稳定的工作状态，具有良好的剪切稳定性，不仅适用于静液压系统，而且适用于液压传动系统。对于这些风电系统的特殊要求，2017年，中国发布了GB/T 33540.4—2017《风力发电机组专用润滑剂第4部分：液压油》，其与ISO 11158—2009的性能要求比较见表6。

表6 GB/T 33540.4—2017与ISO 11158—2009的性能要求比较

从表6可以看出，用于风电液压系统润滑的产品更强调了低温性能、氧化安定性、油品稳定性、清洁度等，以满足风电设备在苛刻环境中长周期下的有效运行和精准调控。

开式齿轮润滑脂

风电开式齿轮由于其工作环境在野外、高空，与普通开式齿轮工况不同，从而形成了不同的润滑需求。普通开式齿轮润滑脂不能满足风电开式齿轮设备的特殊工况下的润滑要求（参见表7）。GB/T 33540.2—2017《风力发电机组专用润滑剂第2部分：开式齿轮脂》在润滑脂的高低温稳定性、低温泵送性、高温附着力、油膜低温柔韧性方面进行特殊要求的制定。

表7 风电开式齿轮与普通工业开式齿轮工况差异及润滑要求

风电机组润滑剂运行检测标准

2018年，国内先后发布了NB/SH/T 0973—2018《风力发电机组主齿轮箱润滑油换油指标》和NB/T 10111—2018《风力发电机组润滑剂运行检测规程》，分别由全国石油产品和润滑剂标准化技术委员会合成油脂分技术委员会 (SAC/TC 280/SC 5)、能源行业风电标准化技术委员会风电场运行维护分技术委员会（NEA/TC 1/SC3）归口。这两项标准建立了对于风电核心润滑产品主齿轮箱的具体换油指标，和面向风电场对于齿轮油、液压油、润滑脂的运行检测中的技术要求，有效地指导风电设备运行中的油液检测过程要求和指标，通过油液检测，提升设备运行效率和使用寿命。

发展展望

中国风电的快速发展，带动了风电设备及配套零部件的不断升级和完善，润滑油脂液作为液体零部件，不仅品种丰富，同时相关产品标准、检测方法标准、运行维护指导规范均已建立，已经形成了相对完整的标准体系，后续建议从以下几方面推进标准工作的进一步深入，多方并举，共同保障中国风电行业高质量发展：

◇持续积累，不断升级标准。随着设备技术和润滑技术的不断变化，风电设备从集中式到分散式，从陆上向海上及深远海的发展，对现有标准在使用中存在的不足或者缺失内容进行收集整理，开展研究，不断完善，提高适应性。

◇发挥优势，强化国际标准的制修订工作。中国风电行业的发展已经全球领先，并广泛应用于不同的国家和区域，在已有的国行标基础上，开展国际标准的制修订已经具备基础条件，行业龙头企业应加强协作，共同推进。

◇探索运维新模式，提升设备运行效率。设备运行的智能化、信息化发展，与油液监测手段和方式应有机结合，为制造商、用户和运维提供标准化、高效、准确、快捷的技术指导，在这方面的相关标准仍有待完善。