绿色技术No.|245 风电水电及工业石墨烯减磨修复增效节能降碳技术

楼市科学 2024-07-19 12:49 湖南

导语：

2023年，我国风电装机规模44134万千瓦，水电装机规模42154万千瓦，火电139032 万千瓦。如果都能采用最新的石墨烯减磨增电降碳技术，可再生能源将多发电3-5%左右，工业设备也将节电5%左右，将为我国双碳目标实现提供重要支撑。据2018年世界摩擦学大会公布：研究显示设备运行中因摩擦造成的能量损失超过30％，大约80%零部件失效和损坏由磨损引起...，中国工程院"摩擦学科学及工程应用现状与发展战略研究"调查了摩擦、磨损在冶金、能源化工、铁道机车、汽车、航空航天、船舶、军事装备、农业装备这8个领域造成的经济损失每年占GDP2%-7%。众所周知，所有运行中的机械设备都会产生摩擦和磨损，这是物理客观规律无法避免。长久的磨损会致使生产设备做功效率下降、能耗增加、磨损件失效、停机停产等各方面损失。平台对本技术进行了十多年的跟踪服务，同时该技术与平台孵化全球最便宜的石墨烯（3-5层）技术进行深度融合后，在非高速摩擦的前提下，技术性能得到大幅提升。该技术具备很好的优势，特发布面向全国推广，相关技术具体内容如下：

注：以下资料及数据由技术方提供，技术方承诺文中数据及资料无误，为其真实性负全责。为了降低技术应用风险，请务必在平台全程跟踪服务和监督下进行精准对接。

技术背景

摩擦磨损是广泛存在于自然界和工业社会中的一种普遍现象，在机械传动等大多数情况下，摩擦磨损会导致能量损耗，处理摩擦耗能有两种思路：其一是能量传递转化角度进行摩擦耗能的再利用；其二是从耗能源头减小摩擦，通过润滑技术以及磨损表面修复来减小摩擦。摩擦学研究者们一直在着力于探索摩擦的起源，通过这种探索寻找到实现更低摩擦状态的超润滑技术一直是摩擦学研究者的梦想。机械设备的磨损、腐蚀、疲劳是材料失效的三种主要形式，其中磨损造成的经济损失尤为巨大，因此金属机械部件摩擦副的抗磨、减摩及修复技术是长期困扰机械领域的世界性难题，金属磨损自修复技术是以延长设备寿命周期设计和管理为指导，以优质、高效、节能、节材、环保为目标，以先进技术和产业化生产为手段，对运行中机械设备实行修复及延寿系列的技术措施，是再制造工程领域最为关键的主要技术之一，也是摩擦学在工程应用的一个重要方向。减摩及修复技术的发明是摩擦学的快速发展和工艺发展的实际需求，满足机械设备在运行中自修复，其修复层独有的超低摩擦系数，超高表面硬度，是装备设备运行中再制造技术是机械设备在工作状态下从旧态向新态转变，是机械设备自然老化的逆转过程，是改善材料摩擦性能，提高耐磨性，使用寿命和机械可靠性，减少维修时间，节省材料成本，减少能源消耗，是节能、减排、降耗重要手段之一，具有很高社会效益和经济效益。

技术简介和特点

金属抗磨自修复材料采用人工化学合成的羟基硅酸镁为主要成分，在摩擦副运动条件下形成金属陶瓷改性层的新型高科技产品（技术）。该项技术能广泛应用于存在摩擦副磨损的部件中，是机械设备在运行中的再制造技术，使用简便，在短时间内在运动摩擦副产生自修复功效，大幅度提高设备精度，延长设备的使用寿命和降低能耗，降低噪声并能使因磨损造成的渗漏油及时止漏，跟目前国内外市场上销售的各类油料添加剂及上述从多种矿石中提取的金属磨损自修复材料无法同时做到的。该材料（技术）是用化学合成法制备，以润滑油(脂)为载体，不与油品发生化学反应，不改变油的粘度和性能，使用中无毒副作用，对环境和人体无害。生产线上各类机械设备都具有抗磨减摩、磨损自修复节能增效技术应用实施潜力（只要存在相对运动、摩擦和磨损的各类设备都可实施）。其应用部件主要为带有润滑系统的各类齿轮、轴承、活塞、曲轴等传动部件，如各类电机、风机、水泵、压缩机、空压机、粉碎机、球磨机、皮带机、汽轮机等。

优势特点：

1、降低应用设备同工况下单位小时平均电能＞3%，增加风电水电发电量＞3%。

2、减缓应用设备的相关传动部件摩擦副磨损、已形成的较严重磨损（即肉眼可见的剥落状磨损）停止继续恶化，5um深度内的划痕、点蚀、拉毛类磨损在线自修复至最佳保护状态。

3、修复应用设备的相关轴封、油封因磨损故障导致的渗、漏油，即减缓或停止渗、漏油。减缓即指远低于本技术应用前的渗、漏油分钟滴落数5-20滴/分。

4、修复因磨损导致的振动故障，降低应用设备相关传动部件振动值3%-5%左右（应用前、后数据比对）。

5、降低应用设备因磨损故障导致的噪音2-5dB。

6、降低应用设备的相关轴温、或油温温升2-5℃。

风电应用情况

1、某新能源设备(杭州)有限公司在风场部分维保期内的风电机组因轴承（SKF) 磨损严重，油温超标而进入限负状态。风场1 9 6 # 机组（额定功率1. 5 MW, 磨损中后期）和风场6 8# 机组（额定功率1.5 MW, 接近报废）对驱动端与非驱动端轴承进行磨损自修复，运行2个月后，均先后解除限负状态，恢复满负荷运行，经过4个月的运行数据分析，机组运行温度均达到正常状态。

2、在亚洲第一座海上风电场对14#机组进行应用，由国家电网上海节能中心提供的数据显示，应用前后两个月纵横向相比发电效率提升了5-7%。抗磨自修复技术的治漏效果。对降温降噪以及齿面产生很好的修复效果。对风力发电机组主轴轴承及齿轮箱进行修复抗磨、降温、延寿实验方案，效果显著。修复技术在齿轮摩擦副表面应用效果（减少点蚀、修复齿轮摩擦副表面）的初步结论。修复磨损表面，降低运行温度，提升发电效率，延寿老旧机组。风电一期1#、2#、 5#、6#、 7#、8#、9#、10#、12#、13#、14#共11台机组齿轮箱润滑油内添加金属抗磨纳米修复剂及期达到对齿轮箱齿面的自修复，同时达到提高机组发电效率、降低齿轮箱润滑油温度、减少齿轮箱振动等效能。

3、某风电场1、3、4、5、9、11、19、20、22、23号机组主轴承及发电机轴承应用金属抗磨修复技术。效果：（1）轴承磨损和划痕控制及修复，粗糙度降低。（2）降低润滑脂运行油温；控制温升。（3）增加轴承使用寿命，减少维修次数。（4）增加发电功率。某新能源央企针对服役期长，磨损严重的机组延寿提效，提升机组可利用小时，增强发电效益有着重要作用，同时为机组的应用检修规范提供理论及数据支持。

水电应用情况

1、某水电站2 # 机组水轮机额定发电功率为3200KW.h ，但由于2 # 机组前导瓦温度过高等原因，未能满负荷发电，发电功率仅维持在2000K。在水轮机前导瓦、推力瓦、中导瓦和后导瓦润滑油箱中使用自修复技术后继续运行7天，发电功率提升至2700KW.H。各导瓦温度仍维持在报警温度（6 0）以下，实测各导瓦最高温度均低于58 ℃,发电功率显著提升。

2、某水电站2 # 水轮机组因为服役时间较长，发电机轴瓦、水机瓦磨损严重致使机组运行时电机轴瓦和水机瓦温偏高。在发电机轴瓦润滑脂、水机瓦润滑油箱中使用自修复技术后运行1个月后，实测：水机瓦平均降温2 ℃、推力瓦平均降温7.5 ℃、电机（1）瓦平均降温8 ℃ 左右；电机（2）瓦平均降温3 ℃ 左右；发电量前后对比显著提升平均不低于5 % 。

3、某水电站3号机组（ 12.5MV ）应用金属纳米抗磨修复技术。水机瓦、电机瓦、推力瓦、轴承瓦等平均降低温升6℃以上，综合提升水轮机组发电效率2.8～3.2%。

火电及钢铁自备电厂应用情况

已在全国多个火电企业和钢铁自备电厂上进行了成功应用主要应用设备为汽轮机、罗茨风机、齿轮箱、循环水泵等有减少摩擦潜力的设备和装备。

1、某钢铁自备电厂1#、2 #、3 #汽轮机同工况下进行轴瓦降温、提升发电效率对比显示：3#汽轮机经过抗磨减摩、磨损自修复节能增效技术应用后，推力轴瓦温度下降了 6℃,同时比 1#汽轮机工作负荷高37.6 %以上，2#机已因轴瓦温度偏高而停机。3#汽轮机恢复达到设备最大功率设计值，显著提升了汽轮机的发电效率、降低了机组维护成本和停机停产损失。

2、某能源集团皮带机减速箱轴承温度下降、振动降低，延长设备使用寿命，解决减速箱渗漏油问题等一系列保护设备正常运转的因素，本次实验所达到的节电效果为 6.37% ，达到了实现节能3％的实验目标。

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二、绿色技术：

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