推動(dòng)稀土永磁材料與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展

李燕秀/文

隨著我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略推動(dòng)并實(shí)施，我國(guó)稀土及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。如何更加充分利用豐富的稀土及風(fēng)能資源優(yōu)勢(shì)，助力我國(guó)稀土及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新、融合發(fā)展，是當(dāng)下亟待研究的重要課題。

面對(duì)風(fēng)電機(jī)組大型化和海上風(fēng)電快速發(fā)展等新形勢(shì)，為進(jìn)一步推動(dòng)稀土永磁材料在風(fēng)電中的應(yīng)用，推動(dòng)稀土功能及結(jié)構(gòu)材料與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)、中國(guó)稀土學(xué)會(huì)、內(nèi)蒙古自治區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)組織稀土永磁與風(fēng)電協(xié)同創(chuàng)新技術(shù)專題研討在包頭市召開(kāi)。國(guó)內(nèi)稀土永磁材料、風(fēng)電領(lǐng)域的眾多專家學(xué)者齊聚一堂，共同探討稀土永磁及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展。

來(lái)自明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)總工程師賀小兵對(duì)當(dāng)前風(fēng)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)進(jìn)行深入分析，并圍繞當(dāng)前全球風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量、技術(shù)路線、產(chǎn)業(yè)前景等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。據(jù)其介紹，2021年全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)量已達(dá)到837 GW（來(lái)源GWEC 數(shù)據(jù)），亞洲的風(fēng)電裝機(jī)總量位居世界之首，我國(guó)裝機(jī)總量為世界第一，占比為40.40%。就我國(guó)風(fēng)力發(fā)電省市分布情況，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備主要集中在地勢(shì)平坦且開(kāi)闊、風(fēng)力資源豐富且遠(yuǎn)離城市的區(qū)域，內(nèi)蒙古、河北和新疆等地是我國(guó)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)區(qū)域，疊加地方政策鼓勵(lì)，已經(jīng)成為我國(guó)主要風(fēng)電裝機(jī)省份。其中，內(nèi)蒙古風(fēng)電裝機(jī)容量最大，為3996 萬(wàn)千瓦時(shí)。當(dāng)今世界正處于能源轉(zhuǎn)型期間，我國(guó)在新能源發(fā)展領(lǐng)域一直處于發(fā)展前列。我國(guó)計(jì)劃在2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”，其中新能源應(yīng)用中20%以上來(lái)自可再生能源。太陽(yáng)能和風(fēng)能將是新能源發(fā)展的兩個(gè)主要方向，所以，大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)勢(shì)在必行。

圖1 2021年風(fēng)電裝機(jī)量排名前十的國(guó)家

與其他電機(jī)相比，稀土永磁電機(jī)具有顯著優(yōu)勢(shì)，在風(fēng)電行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，僅2020年風(fēng)電用釹鐵硼磁體用量就達(dá)到1.3萬(wàn)噸，占我國(guó)釹鐵硼總量的7.9%。我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量排名前四的公司分別為金風(fēng)科技、華銳風(fēng)電、聯(lián)合動(dòng)力和東方電氣公司。金風(fēng)科技領(lǐng)行中國(guó)風(fēng)電直驅(qū)技術(shù)，截至2021年，其累計(jì)裝機(jī)容量接近7000 萬(wàn)千瓦，占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的21.4%。

圖2 2021年國(guó)內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)容量市場(chǎng)占比

金風(fēng)科技股份有限公司高級(jí)工程師張世福介紹了稀土永磁在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的研究與應(yīng)用情況，并結(jié)合風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)電用稀土永磁材料的特性提出了要求。由于風(fēng)電機(jī)組的應(yīng)用環(huán)境溫度范圍寬（-30℃～45℃）、需要應(yīng)對(duì)的天氣變化多，對(duì)永磁體的耐溫、抗腐蝕和機(jī)械性能提出較高要求。隨著相關(guān)企業(yè)和科研單位的不斷探索，可以看出，自2005年首次在新疆達(dá)坂城建立首臺(tái)1.2MW 直驅(qū)永磁發(fā)電裝機(jī)以來(lái)，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電電機(jī)設(shè)計(jì)方法、制造工藝和運(yùn)行質(zhì)量一直處于快速發(fā)展水平，截至目前，我國(guó)的風(fēng)力電機(jī)技術(shù)已經(jīng)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)按照直驅(qū)、半直驅(qū)和齒輪箱發(fā)電機(jī)分為直接傳動(dòng)、混合傳動(dòng)和增速傳動(dòng)三種。這三種結(jié)構(gòu)的核心都是永磁發(fā)電機(jī)，而提高永磁電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)就在于提高磁體磁性能。中國(guó)鋼鐵研究總院的朱明剛教授作了稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展及應(yīng)用概況詳細(xì)說(shuō)明。在當(dāng)前稀土鐠釹金屬價(jià)格持續(xù)上漲的情況下，鋼鐵研究總院聯(lián)合供應(yīng)商開(kāi)發(fā)了新型高效無(wú)鏑永磁體并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)永磁體降本10%以上。另一方面，聯(lián)合煙臺(tái)正海和金力永磁等磁材公司成功開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)首臺(tái)1.5 MW 大型鈰磁體風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并裝機(jī)運(yùn)行驗(yàn)證成功。朱明剛教授開(kāi)發(fā)的雙合金法在提高磁體性能方面也取得了巨大進(jìn)步，雙主相工藝可以改善永磁材料成分分布和結(jié)構(gòu)，在保證剩磁的情況下有效提高矯頑力。過(guò)去，每兆臺(tái)大型風(fēng)機(jī)大約需要用1.2～1.5 噸稀土磁體，而現(xiàn)在，基本降到了0.6～0.75 噸。所以，釹鐵硼制備技術(shù)仍是產(chǎn)業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)。今后的技術(shù)方向：一是進(jìn)一步提高磁性能、產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性；另一方面就是通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新提高生產(chǎn)效率、降低成本。

圖3 風(fēng)力發(fā)電原理

包頭市是全球最重要的稀土資源地之一，也是我國(guó)風(fēng)能資源富集、開(kāi)發(fā)利用最早的區(qū)域之一。2021年包頭市入選“科創(chuàng)中國(guó)”首批試點(diǎn)城市。此次專題研討依托包頭市稀土、風(fēng)能資源優(yōu)勢(shì)和“科創(chuàng)中國(guó)”試點(diǎn)城市平臺(tái)，研判發(fā)展、啟迪創(chuàng)新、集思廣益，共同為稀土材料在風(fēng)電行業(yè)的加速創(chuàng)新應(yīng)用，為落實(shí)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)力量；增強(qiáng)了稀土永磁與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的溝通互動(dòng)，推進(jìn)稀土永磁材料從設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造到應(yīng)用全過(guò)程的融合貫通，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈間銜接配合，有助于推動(dòng)稀土永磁材料與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新、高質(zhì)量發(fā)展。