Ветроэнергетика

I. Основное позиционирование и стоимость отрасли спеченных магнитов NDFEB для ветровой энергии

Спеченные магниты NDFEB для ветровой энергии являются ключевыми компонентами, поддерживающими обновление ветряных турбин в сторону больших размеров, более высокой эффективности и более легкого веса. В ветряных турбинах с прямым приводом и полуотдепно-приводом эти магниты служат основным магнитным элементом ротора. Их продукт с высокой магнитной энергией создает стабильное и сильное магнитное поле, заменяя традиционные системы электрического возбуждения и достигая эффективного превращения энергии ветра в электрическую энергию. По сравнению с традиционными генераторами электрического возбуждения ветряные турбины с постоянными магнитами с использованием спеченных NDFEB магнитов для энергии ветра могут снизить потери возбуждения на 30-50%, повышая эффективность единицы на 5%-8%. Кроме того, они устраняют уязвимые компоненты, такие как скользящие кольца и углеродные щетки, снижение эксплуатационных и технических затрат. Спеченные магниты NDFEB для ветровой энергии стали основным материалом в основном технологическом трубопроводе глобальной энергетической отрасли ветра.

С точки зрения отрасли, с развитием глобальной политики возобновляемой энергии и постоянного роста установленной ветроэнергетики, спрос на спеченные магниты NDFEB для ветроэнергетики расширяется в масштабе. Согласно отраслевым данным, каждая ветряная турбина с прямым приводом 1,5 МВт требует приблизительно 0,8-1,2 тонн этих магнитов, в то время как блок 3 МВт требует 1,5-2,0 тонны. Большие единицы 5 МВт и выше требуют более 2,5 тонн. Глобальный рынок спеченных магнитов NDFEB для ветровой энергии поддерживает среднегодовой темпы роста более 15%, что делает его ключевым фактором роста для спеченных применений NDFEB.

II Сценарии применения и требования к производительности для спеченных магнитов NDFEB в секторе ветроэнергетики

(I) Сценарии основных приложений

Роторы ветряных турбин с прямым приводом: это основной сценарий применения для спеченных магнитов NDFEB для энергии ветра. Единицы с прямым приводом устраняют необходимость в коробке передач; Магниты напрямую установлены на концентраторе ротора генератора. Они должны работать стабильно и долгосрочным на низких скоростях (обычно 10-20 об / мин) и высокий крутящий момент. Магниты часто разрабатываются в форме дуги или сектора, используя многополюсную намагниченность (обычно 20-40 полюсов) для создания равномерного магнитного поля, обеспечивая выход мощности устойчивого генератора. Например, ротор ветряной турбины с прямым приводом 3 МВт может достигать диаметра 3-4 метра, что требует сотни дугообразных спеченных магнитов NDFEB для энергии ветра. Каждый магнит обычно измеряет 300-500 мм (длина) x 80-120 мм (ширина) x 30-50 мм (толщина). Высокопрочная клеяная связь и механическое крепление предотвращают смещение во время высокоскоростного вращения.

Полудисменные ветряные турбины сохраняют небольшую коробку передач, с магнитами, установленными на высокоскоростном генераторном роторе. Операционные скорости (100-300 об / мин) выше, чем у турбин с прямым приводом, что вызывает более высокие требования к сопротивлению магнитов центробежным силам. Обычно используются прямоугольные или трапеции спеченных NDFEB -магнитов для энергии ветра, вставляются в слоты ядра ротора посредством помех для помех для обеспечения структурной стабильности в центробежных силах. Они также требуют высокой магнитной однородности, чтобы уменьшить эксплуатационный шум и вибрацию.

Системы шага и рыскания ветряных турбин: в двигателях шага ветряной турбины (которые управляют углом лезвия) и двигателям рыскания (которые регулируют ориентацию гондольной гонщики), миниатюрные магниты NDFEB в миниатюрном состоянии (обычно размером 20-50 мм) используются для улучшения скорости отклика двигателя и точности управления. Например, двигатели высоты тона должны быстро отрегулировать углы лезвия в ответ на изменение скорости ветра. Высокая принудительная сила магнитов обеспечивает стабильный крутящий момент во время частых запуска двигателя и остановки, предотвращая потери эффективности, вызванные отставанием регулировки лезвия.

(Ii) Ключевые требования к производительности

Ультра-высокий продукт магнитной энергии и принудительная сила: роторы турбины с прямым приводом являются большими, что требует спеченных магнитов NDFEB для мощности ветра, чтобы обладать высокой магнитной энергией ((BH) максимум ≥ 380 кДж/м³), чтобы генерировать сильное магнитное поле в пределах ограниченного пространства и снижения использования магнита. Они также требуют высокой внутренней принудительной силы (HCJ ≥ 1800 кА/м), чтобы противостоять размагничиванию, вызванную сложными интерференциями магнитного поля и колебаниями температуры на местах энергии ветра, что обеспечивает скорость деградации магнитной эффективности ≤ 10% в течение 20-летнего срока конструкции турбины.

Отличная низкотемпературная стабильность: места энергии ветра часто расположены на больших высотах и ​​широтах, где зимние температуры могут падать до -40 ° C до -30 ° C. Это требует, чтобы магниты демонстрировали низкотемпературные характеристики деградации, с скоростью распада остаточной (BR) ≤ 3% при -40 ° C и отсутствием значительного снижения внутренней принудительной силы (HCJ), чтобы предотвратить низкие температуры, вызывая повышенную численность или внезапное снижение магнитной производительности. Высокая механическая прочность и сопротивление погоды: большие турбинные турбинные магниты могут весить до 5-10 кг каждый и подвержены значительному механическому напряжению во время сборки и транспортировки. Эти магниты должны обладать силой изгиба ≥28 МПа и силой сжатия ≥850 МПа для предотвращения поломки. Они также должны противостоять суровой среде, такой как высокая влажность (относительная влажность 80% -95%), соляные спрей (для прибрежных ветровых ферм) и песчаных бури на участках ветряных турбин. Поверхность должна быть покрыта толстым эпоксидным смоляным покрытием (≥50 мкм) или никель-коппер-никелевым покрытием (≥20 мкм). Они должны пройти тест на нейтральный соль в течение 1000 часов без коррозии и тестирования влажного тепла (40 ° C, 95% RH) в течение 2000 часов без ухудшения производительности.

Точность размеров и консистенция больших магнитов: магниты, используемые в единицах, более 3 МВт, часто превышают длину 400 мм, что требует размерных допусков ± 0,05 мм. Изогнутые магниты должны иметь склонность кривизны ≤0,02 мм. В противном случае будет происходить неровное распределение магнитного поля ротора, увеличивая вибрацию и шум единицы. Отклонение магнитных характеристик магнитов в одной и той же партии должно составлять ≤ ± 2%, чтобы обеспечить стабильную форму волны мощности и предотвратить воздействие колебаний тока.

Iii. Процесс производства и технические трудности спеченных магнитов NDFEB для применений ветроэнергетики
(I) Процесс основного производства
Приготовление сырья большого размера высокого размера: редкоземельные элементы высокой чистоты (ND чистота ≥99,5%, чистота DY ≥99,9%), электролитическое железо с низким содержанием углерода (содержание C ≤0,005%) и ферроборон с высокой пучкой (B-содержание 20 ± 0,5%) смешиваются в соответствии с оптимизированной "ND-Fe-B-Dy". Большие слитки сплавов (каждый весом до 50-100 кг) производятся в вакуумной индукционной печи в классе 1000 кг, избегая неравномерного состава, связанного с небольшими слитками. Ningbo Jinlun Magnet Technology Co., Ltd. использует во всем мире передовое производство постоянного магнита, чтобы надежно производить слитки больших размеров, обеспечивая основу для крупномасштабного производства магнитов. Прецизионная порошка и направленная ориентация магнитного поля: слиток сплава раскрывается с использованием процесса дробления водорода (HD), а затем обрабатывается через крупномасштабную реактивную мельницу (емкость ≥ 500 кг/ч) для получения однородного порошка 2-4 мкм. Содержание кислорода в порошке контролируется ниже 300 частей на миллион, чтобы предотвратить воздействие на магнитные свойства кислорода. На стадии ориентации магнитного поля используется большое многополюсное ориентационное пресс (размер рабочего стола ≥ 1000 мм × 500 мм)) для применения направленного магнитного поля 2,0-2,5T, чтобы гарантировать, что магнитные домены крупномасштабного порошка выровнены вдоль направления вращения ротора, тем самым улучшая частоту использования продукта магнитной энергии магнитной энергии. Большой магнитный литье и низкотемпературное спекание: для сложных форм, таких как дуги и сектора, для формования используется широкомасштабная формовочная пресса (максимальное давление ≥ 20 000 кН). Постановленная давление (предварительное давление низкого давления с последующей уплотнением высокого давления) обеспечивает равномерную плотность (≥ 5,9 г/см времена) для зеленых тел большого размера. Спекание выполняется в большой вакуумной печи (размеры печи ≥ 1500 мм × 800 мм × 800 мм). Температура контролируется между 1020 ° C до 1080 ° C, при этом скорость нагрева уменьшается до 3 ° C/мин, а время удержания продлевается до 8-10 часов. Это уменьшает неравномерную усадку во время спекания большого размера магнитов и увеличивает плотность до ≥ 7,6 г/см=. Точная обработка и усиленная обработка поверхности: большие магниты подвергаются многогранному шлифованию с использованием шлифовальной машины с ЧПУ (диапазон обработки ≥ 2000 мм × 1000 мм), достигая точности размерного уровня ± 0,03 мм. Обработка поверхности использует линию автоматического распылительного покрытия, достигая отклонения толщины покрытия эпоксидной смолы ≤5 мкм и адгезии покрытия 5b (без защелки в перекрестном тесте). Наконец, 100% осмотр с использованием большого тестера магнитной производительности (способный измерять магниты ≤10 кг) и трехмерная координатная машина измерения координат (диапазон измерения ≥2000 мм) обеспечивает качество продукта.

(Ii) Технические трудности и прорывы
Контроль деформации спекания в больших магнитах: магниты более 400 мм в длину подвержены спеканию с «центральной выпуклостью» или «усадкой края». Включив эластичную опорную структуру в спекание и объединяя его с поставленным охлаждением (от 1000 ° C до 800 ° C при скорости 2 ° C/мин), деформация может контролироваться до 0,1 мм. Оптимизируя спекание, Ningbo Jinlun Magnet Technology Co., Ltd. достигла стабильного производства крупных магнитов, размером 500 мм × 120 мм × 50 мм, с скоростью деформации менее 0,05%.
Сбалансирование низкотемпературной резистентности на охлаждении и магнитных свойствах: добавление диспрозиума (DY) улучшает низкотемпературную стабильность, но это увеличивает стоимость и снижает продукт магнитной энергии. В отрасли используется комбинированный процесс «инфильтрационного инфильтрации зерна». Это включает в себя проникновение в следовое количество Dy (1-2%) на поверхность магнита, а затем двухчасовое низкотемпературное отпуск при 600 ° C. Это обеспечивает HCJ ≥ 1900Ka/M при -40 ° C, сохраняя при этом A (BH) MAX ≥ 370 кДж/м³. Ningbo Jinlun Magnet Technology Co., Ltd. достигла баланса между низкой стоимостью и высокой производительностью, используя этот процесс. Консистенция по массовому производству: заказы на крупные ветряные турбинные магниты часто числа в тысячах, требующих автоматизированных производственных линий для мониторинга параметров на протяжении всего процесса - создание порошка, формование и спекание. Это включает в себя внедрение системы визуальной проверки с AI (с скоростью осмотра 50 магнитов в час) и онлайн-оборудования для мониторинга магнитных характеристик для устранения дефектных продуктов в режиме реального времени. Ningbo Jinlun Magnetic Materials Technology Co., Ltd., используя свои масштабные преимущества годовой производственной мощности 8000 тонн, обеспечивает отклонение согласованности ≤ ± 1,5% в рамках той же партии магнитов.