風力發電設備潤滑需求和標準發展現狀與展望

水琳 張國茹 趙海鵬

1 中國石化潤滑油有限公司

2 中國石化潤滑油有限公司北京研究院

新興行業發展現狀

近年來，國家在促進傳統產業升級的同時，大力發展戰略新興產業，這些產業充分體現了其知識技術密集、物質資源消耗少、成長潛力大、綜合效益好的特點，對國民經濟長遠發展起到重要的引領帶動作用。在《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》[1]中，將節能環保、信息、生物、高端裝備制造、新能源、新材料、新能源汽車等作為現階段重點發展的戰略性新興產業。國家統計局于2018年11月公布的《戰略性新興產業分類（2018）》[2]，明確了戰略9大新興產業領域：新一代信息技術、高端裝備制造業、新材料產業、生物產業、新能源汽車產業、新能源產業、節能環保產業、數字創意產業、相關服務業。國家各大部委出臺了一系列政策，有力地支撐了中國制造業加快轉型升級的步伐，向高端化、智能化、綠色化發展。根據國家統計局數據顯示[3]，2022年，規模以上高技術制造業和裝備制造業增加值分別比上年增加7.4%和5.6%，分別高于全部規模以上工業增加值增速3.8個和2個百分點。

潤滑油作為機械裝備、高端裝備、新材料技術及新能源汽車、新能源產業中必不可少的液體材料和液體零部件，其發展需要與配套行業的技術發展而同步變化，隨著規模發展而規范化，尤其是新興行業的快速發展，同步建立潤滑標準更是不容忽視的重要研究部分。

風電行業市場發展

中國風電始于1986年的早期示范項目，進入21世紀后形成快速發展，我國的能源和環境問題日益嚴峻，國家先后通過了《可再生能源法》、制定了《可再生能源中長期發展規劃》后，可再生能源在綠色低碳發展中起到重要作用，風電更成為核心。2010年中國新增風電裝機容量達到世界第一，累計風電裝機容量超過美國，成為世界風電裝機第一大國，并保持至今。

據中國可再生能源學會風能專業委員會《中國風電產業地圖2022》[4]報告，截至2022年年底，中國風電累計裝機容量超3.9億kW，累計裝機超過18萬臺，占全球風電累計裝機容量約42.2%，連續13年位居全球首位。中國風電從陸上風電、潮汐帶海上風電向深遠海風電發展。風電機組單機容量持續增長，陸上風機平均單機容量達到4 294 kW，海上風電機組平均單機容量達7 420 kW。

中國整機制造商市場份額在全球正快速增長（見表1），進入前10的中國制造商在全球市場份額已超23%。在中國進入風電整機制造的廠家不斷增加，但是具有較高的集中度。2022年新增裝機容量，排名前5家市場份額合計為72.3%，排名前10家市場份額合計為98.6%，累計裝機量市場份額見表2。

表1 全球風電整機制造商占有率[5] （2022年5月數據）

表2 截止2022年年底中國風電整機制造商市場份額

風電設備潤滑需求

風電設備的合理潤滑直接關系到風電設備發電效率的高低、設備的安全、使用壽命的長短和維護費用的支出等。風電設備潤滑涉及齒輪箱、軸承、液壓、逆變器等多個潤滑點，用到齒輪油、液壓油、潤滑脂、冷卻液等多種潤滑油脂液。由于風電設備運行環境、工況要求及設備設計壽命與其他領域工業裝備不同，因此潤滑油脂液的性能要求也各有差異。風電設備技術路線以雙饋型、直驅型和半直驅為主，風電設備不同潤滑點位與潤滑油品種及性能的對應性見表3。

表3 風電設備潤滑點位及潤滑品種與性能要求

從表3中可以看出，風電設備潤滑需求區別于其他行業，在重載、沖擊負荷、高低溫溫差、換油周期超長的要求上更加嚴苛，不可隨意使用，對于油品的選擇和使用應科學合理。同時，由于設備和油品使用周期長，需要通過定期的油品監測，掌握和了解設備的運行狀態和預警信息，以及油品的品質變化情況。

中國風電潤滑市場伴隨著風電行業的快速發展而成長，同時結合中國風電場的地域特點、機型變化、設計升級等形成了品種豐富的潤滑劑產品，面向整機制造商、零部件制造商和風電業主企業。潤滑油公司通過開發符合市場需要的風電潤滑劑產品、開展整機制造商及部分零部件制造商技術認證、進行一定周期的掛機試驗后，最終為風電客戶進行配套。目前，中國風電潤滑市場規模約在1.5～2萬t/a。

風電設備用潤滑劑標準現狀

行業的快速發展需要通過建立完善的標準體系，實現支撐產業發展、促進科技進步、規范社會治理的作用。國內外關于齒輪、軸承、液壓的常規潤滑標準較多，詳見表4。在中國風電發展最快的時期，這些標準所涉及的油脂性能指標并不能完全反映出風力發電機組對潤滑油的關鍵性能指標要求。2012年9月，《風力發電機組專用潤滑劑》中國國家標準制定工作正式啟動，率先開展了針對風力發電設備相關潤滑劑標準的制定工作，包含了變速箱齒輪油、軸承潤滑脂、開式齒輪潤滑脂、專用液壓油4個部分。該系列標準是目前國內外系列最全、與風電關聯度最緊密的專項標準，已經成為風電行業選油、用油規范和潤滑管理依據，同時也是潤滑油行業開發和生產相關潤滑產品的質量依據。

風電變速箱齒輪油

2016年以后，國內外均對工業齒輪油標準先后進行了升級[6]和發布。2016年，AGMA 9005-F16進行了更新，增加了FE-8軸承保護要求。2017年，中國發布了GB/T33540.3—2017《風力發電機組專用潤滑劑 第3部分：變速箱齒輪油》。2018年，ISO 12925、DIN51517標準均進行了升級：ISO標準在前一版本的基礎上增加了軸承磨損保護及弗蘭德泡沫試驗，以及具有抗微點蝕性能要求的L-CKSMP規格；DIN標準中則增加了抗微點蝕性能要求、軸承磨損保護、弗蘭德泡沫試驗及橡膠相容性等。

表5展示了GB/T 33540.3與GB 5903—2011在性能要求上的不同，可以充分看出風電齒輪潤滑相較于常規工業齒輪油在多項內容上有新增要求，常規齒輪油產品性能無法覆蓋。

表5 風電變速箱齒輪油與工業閉式齒輪油標準差異

軸承潤滑脂

GB/T 33540.1《風力發電機組專用潤滑劑 第1部分：軸承潤滑脂》在參考了國際先進的DIN 51825《Κ型潤滑脂 - 分類、要求和試驗》的基礎上，結合風電不同軸承部位潤滑需求，建立了主軸偏航變槳距軸承潤滑脂和發電機軸承潤滑脂兩部分。對于主軸、偏航變槳距軸承，從極壓承載性、抗微動磨損、低溫、氧化安定性等方面進行了強化，充分體現出風電設備軸承在不同地域環境下，在沖擊載荷變化的情況下的特殊性潤滑要求；對于電機軸承，尤其是雙饋風機發電機發熱量大，軸承溫度一般在90～100 ℃，需要具有優良的抗磨、極壓性能、黏附性能、高低溫性能和防銹性能以外的滾筒安定性和低溫轉矩及長壽命（FE9 潤滑脂潤滑壽命試驗），具有較強的性能特色。

液壓系統潤滑油

目前液壓油標準主要有國際標準ISO 11158—2009《潤滑劑、工業用油和有關產品（L類）-H組（液壓系統）-HH、HL、HM、HR、HV和HG品種的規格》，國內有國家標準GB 11118.1—2011。這些標準并非風電機組液壓系統專用產品標準。由于風電機組液壓系統的工況條件和維護難度，要求用于液壓系統的產品具有良好的橡膠相容性，以防止油品泄漏，具有較高的清潔度等級，以保證伺服、比例調節系統精確、穩定的工作狀態，具有良好的剪切穩定性，不僅適用于靜液壓系統，而且適用于液壓傳動系統。對于這些風電系統的特殊要求，2017年，中國發布了GB/T 33540.4—2017《風力發電機組專用潤滑劑 第4部分：液壓油》，其與ISO 11158—2009的性能要求比較見表6。

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

從表6可以看出，用于風電液壓系統潤滑的產品更強調了低溫性能、氧化安定性、油品穩定性、清潔度等，以滿足風電設備在苛刻環境中長周期下的有效運行和精準調控。

開式齒輪潤滑脂

風電開式齒輪由于其工作環境在野外、高空，與普通開式齒輪工況不同，從而形成了不同的潤滑需求。普通開式齒輪潤滑脂不能滿足風電開式齒輪設備的特殊工況下的潤滑要求（參見表7）。GB/T 33540.2—2017《風力發電機組專用潤滑劑 第2部分：開式齒輪脂》在潤滑脂的高低溫穩定性、低溫泵送性、高溫附著力、油膜低溫柔韌性方面進行特殊要求的制定。

表7 風電開式齒輪與普通工業開式齒輪工況差異及潤滑要求

風電機組潤滑劑運行檢測標準

2018年，國內先后發布了NB/SH/T 0973—2018《風力發電機組主齒輪箱潤滑油換油指標》和NB/T 10111—2018《風力發電機組潤滑劑運行檢測規程》，分別由全國石油產品和潤滑劑標準化技術委員會合成油脂分技術委員會 (SAC/TC 280/SC 5)、能源行業風電標準化技術委員會風電場運行維護分技術委員會（NEA/TC 1/SC3）歸口。這兩項標準建立了對于風電核心潤滑產品主齒輪箱的具體換油指標，和面向風電場對于齒輪油、液壓油、潤滑脂的運行檢測中的技術要求，有效地指導風電設備運行中的油液檢測過程要求和指標，通過油液檢測，提升設備運行效率和使用壽命。

相關方法標準研究

從前面章節的介紹可以看出，風電機組設備潤滑存在其明顯的特殊性，如高低溫、抗微點蝕、抗泡性、抗微動磨損、換油周期、使用壽命等。伴隨著產品標準的研究深入，國內外也推出了相應性能的試驗方法標準，如齒輪油的抗微點蝕性能評價方法（DIN 3990—16，NB/SH/T 0922—2016）、弗蘭德抗泡試驗（FLENDER 抗泡，NB/SH/T 6007—2020）、軸承潤滑脂壽命試驗（FE9,NB/SH/T 6010—2020）、軸承磨損試驗（NB/SH/T 0944.1—2020潤滑油& NB/SH/T 0944.2—2020潤滑脂）等，這些方法的研究不僅支撐了風電設備用潤滑劑特殊性的分析評價，同時，也對其他行業在設備升級、材料升級伴隨的潤滑劑性能升級產生了充分的借鑒效應。

發展展望

中國風電的快速發展，帶動了風電設備及配套零部件的不斷升級和完善，潤滑油脂液作為液體零部件，不僅品種豐富，同時相關產品標準、檢測方法標準、運行維護指導規范均已建立，已經形成了相對完整的標準體系，后續建議從以下幾方面推進標準工作的進一步深入，多方并舉，共同保障中國風電行業高質量發展：

◇持續積累，不斷升級標準。隨著設備技術和潤滑技術的不斷變化，風電設備從集中式到分散式，從陸上向海上及深遠海的發展，對現有標準在使用中存在的不足或者缺失內容進行收集整理，開展研究，不斷完善，提高適應性。

◇發揮優勢，強化國際標準的制修訂工作。中國風電行業的發展已經全球領先，并廣泛應用于不同的國家和區域，在已有的國行標基礎上，開展國際標準的制修訂已經具備基礎條件，行業龍頭企業應加強協作，共同推進。

◇探索運維新模式，提升設備運行效率。設備運行的智能化、信息化發展，與油液監測手段和方式應有機結合，為制造商、用戶和運維提供標準化、高效、準確、快捷的技術指導，在這方面的相關標準仍有待完善。