风电故障与分析——北京国际风能大会展中报道

我说理念问题，国产化，发改委05年就提我们要有70%的国产化率，但是国产化我认为应该稳步进行，有一些有重点的国产化，有步骤的国产化，不是一味的为了国产化而国产化。举个例子，我们国产主轴轴承就是三万到四万，甚至有一些两万多就可以卖给你，这个卖给你，如果你知道主轴轴承寿命是一半，或者不到一半的情况下，你知道更换的成本得多少?至少得吊装下来，吊装是成本，吊装的时候还不能发电，基本轴承的价格不可以获利，如果一味的国产化，可能是上百万的损失。

再说机组容量问题，现在有一个趋势，技术越做越大，功率越做越大，这虽然是一个趋势，但是不能冒进。我昨天开了一个报告，我这篇文章也写了这个内容，我从另外一个方面分析，因为如果你直径做大，它的交变载荷肯定增大，其次就是停机这项标准增加成本，我们从115的叶片变成126米，它是采取国外的数据。在智能不变的情况下，同样的功率，就把交变载荷增加，110米的叶片直径，跟126米电量增加了，所以要有一个度的问题。

最近这两年倒的风电很少，我认为也是一个冒进问题。我们要抓住现场，要吸收技术。尤其我们最终目的是为风场服务，如果为风场服务，要给风场带来方便，最多的发电是我们根本的目的。我觉得我们应该从现场出发，也许是我在现场待的时间比较长的原因。但是，我觉得我们根本目的是为了多发电，要了解现场，了解现场出现的问题，然后才可能解决问题。

还有一个质保交机问题，叫无故障运行，实际上这个风机是按照自然状态，比如突然风来了，完全可能停机，所以我们都是有利润率和功率曲线，因为有些利用率要整体分析。如果是风机的原因，我们可能还要经过多次观察，然后有可能我们才会发现。所以，这个有可能很多是外界条件产生。还有功率曲线，功率曲线实际上是一个统计数据。

还有我说这个功率曲线，今年年初我觉得误会很深，所以我在第四期的风能杂志写风电机组的实际功率曲线影响因素分析。因为实际功率曲线受环境、气侯的条件影响很大。据我现在观察，不要说5%，就是100%的偏差都是完全可能的。举个例子，比如3米风的时候，你那个时候我们变桨的能力跟发电量基本不可能比较，甚至大于，这个过程中，你多偏几次航，到影响功率曲线。还有其他的湍流，这些一系列因素，所以影响很大。

第一个我觉得是我自己的思维方式，因为我觉得这个叫全局的观念。我们单从风机考虑，肯定有失片面，我们风机无人管理是根本。生产厂家与供应链的关系，我们稳定的供应商可能更好的保证我们质量，因为我们产品的单一化，无原则的竞争，可能是保证生产厂家技术的质量，软件升级都带来方便。

生产厂家与业主的关系，我们应该守信用，如果是预验的时候，电价跟正式的电价可能有区别，可能就是提高双方的积极性，还有功率曲线标准问题，因为受环境因素影响，外界环境影响确实很大。

杜广平：下面我们请是中国能源建设集团广东省电力设计研究院史磊先生介绍。

史磊：我这里把我们跟欧洲同业在广东省海上风电开发中我们有一个广东省的珠海桂山项目经验在这里分享一下。结合今天的主题，主要说从设计角度控制风险这么一个议题。

首先我是来自中国能源建设集团广东省电力设计研究院，我负责燃起、分布式能源以及新能源的项目主管。首先介绍一下单位，广东省电力设计院可能在电力行业内比较出名，因为我们在大亚湾的核电，从核电业务治理一直是做的在全国占了80%以上的份额。在2009年以前，我们的国有资产是地属于中国南方电网，所以一直帮南方电网做相关的业务，这里头把业务主要介绍一下，主要在电力工程方面做设计自序，还有工程的总承包。从2010年之后，我们帮广东省政府做整个广东省的陆上和海上的风电规划，同时也介入到新能源的项目中。

目前，广东省的所有的海上风电场基本上都是我们院在进行前期以及施工图阶段的勘察设计工作。从国内的知识管理来说，我们是工程勘察设计类的综合甲级，除了电力之外，可以做石油、冶金等21个行业的勘察设计。院里头是连续八年在ENR的排名电力第二，全国工程企业中大概排20名左右。总共的员工现在1829人，其中有一个博士后工作站，里边有16位博士后。

把近七年的业务能力介绍一下，连续两年我们合同额超过100亿，前年和去年都超过100亿。2012年海上风电类业务我们合同额达到125亿，今年合同额大概执行1.2亿左右。这是营业收入，2011年25亿，2012年37亿，今年预计35、36亿，但是明年由于EPC业务的等于，预计会超过50亿的收入。

结合珠海项目，把海上风电场我们从设计角度如何考虑，在建造过程中控制风险的问题在这里与大家交流一下。这张图是非常出名的图了，把整个海上风电场里头所有的与风险相关的风险点全部都标识出来了，无论是从施工安装，还是从风能资源评估，还是从海底电网，还有电缆的网上送出，一直到后续检修时候的运营维护都会涉及到项目的风险。我们着重辨识在设计过程中可以控制的风险，包括前期勘察中如何把风能资源还有我们海底的海况给它做一个比较详细的资源评估，同时我们在风机选型方面也结合海底的海况，比如像台风这些自然资源比较合理的进行选型。风电场的总体布局方面主要考虑主导风向，还有风机布置之后对整个发电厂的一个综合的产能这块会不会有尾留的影响。在电缆路由主要考虑路由是否经济，还有在运行过程中怎么样降低检修的成本。在工程实施方面，有一个基础的方案，基础方案是跟海床的基础形式，地基的条件密不可分的。广东它的海洋特点比较特殊，从珠江口移动基本上是砂岩制的海床，跟欧洲的北海有点类似，但是珠江口以西，它是一个冲积层的淤积的海床，这里面我们试过一个项目，打桩到80米都打不到基岩。刚才说到地基，其实最后一点就是工程方案，特别是施工和安装方面的影响也是非常密切的。因此，从这几点来看，我们的设计阶段是需要把风险进行一个比较详细的标识，同时也需要在设计阶段把这块方方面面的一些方案做到能够控制风险。

结合我们在珠江口的珠海桂山海上风电场这个项目介绍一下我们如何辨识这些风险，以及工作中如何跟一些合作伙伴合作控制我们的风险。其实广东的风电场一直是在很低调的做工作，现在桂山风电场在2012年的4月份拿到了国家同意开展前期工作的函，现在这个项目已经开始打桩工作了。这里给大家介绍一下，这个风电场是在珠江口门的这个位置，它是由五个海岛组成的一个封闭的海域，这些海域由于旁边有海岛的遮挡，对航行这块基本上没有什么影响。同时，因为整个珠江口门有一个珠海望山群岛，一共有106个海岛，大部分都是无电的岛屿，它与几个主要的海岛联系在一起，形成了一个智能微网的项目。通过这种方式实现了全新的项目的模式。

这个项目里头，这是目前的实施方案，我们通过招标确定采用34台3兆瓦的风机，预留了18台16兆瓦的风机。我们在三角岛上设置了一个海岛的变电站，这里特别要考虑风电场里面风机的布局，我们采用8条35千瓦的集电线缆，这是用我们的一个拓扑软件进行的设定，设置了335千伏的海岛联网的海缆，也是从深压站出发做的海底电缆的铺设，解决了三条海岛的供电问题。

从海底地形来看，右下方是整个项目海域的海床基岩等高线的图，中间部位淤积层非常厚，中间非常薄，我们打桩就会碰到有摩擦桩这种情况，同时我们在施工机械的选型上也需要面对不同的施工机械。用传统的这种做底式的，或者是说半浅薄式的船都不能满足这个地方的施工。同时，珠江口这个位置周围的船舶的航行是非常密集的，我们如果采用这种施工船只在这个地方长期作业，不可避免会与其他的商业运行的船只发生同行运行安全的影响。因此，我们将大部分的工作放在陆上加工完成，采用整体吊装的方式进行安装，这样缩短海上作业的周期。

在设计上也是有一个独特的设计，我们在导管架的上面设计了一个平台，这个平台可以防止一些设备。我们考虑运行检修的整体方便，将这些设备整体放在外挑的平台上，维护的时候可以进行整体吊装。

说一下施工的方案，这个施工方案目前暂定是采用双体船，然后整体安装导管架的基础与风机的基础。由于刚才大家看到海床平面是一个比较复杂的地形，所以我们的导管架的设计，它的形式是非常多的，几乎每一个导管架的长度和钢度都不一样。我也透露一下风场可能会采用两叶片，同时也会有三叶片的风机，这个大家都知道是谁的。两叶片和三叶片两种不同的风机类型用在同一个风场里头，我们导管架的钢度可能需要做比较大的调整，因为两叶片风机的自振频率在一批与二批之间只有非常窄的一个范围，不像三叶片范围，可以在一批三批之间留一个非常宽的范围。因此，我们在设计导管架的钢度上的难度非常大，因为一批二批之间只留了非常窄的范围调整导管架和风机自振的协调。

刚才提到的这些点都是我们辨识出来的海上风电这块的一个风机建设过程中的一些难点，当然这里要专门提到是台风的问题。为了珠海桂山的海上风电项目的顺利执行，我们在建设的初期也选用了我们三家的这么一个合作方，这三家都是国际上比较知名的。一家是西门子，它作为我们的海底电缆以及海上升压站的技术合作方，另外在风机基础与风机连接这一块的振动计算，我们与GL进行合作，在频谱我们与英国的Sgurr进行合作，他们三家作为我们的合作方为我们的技术方案提供一个技术咨询，同时提供第三方的审核工作。

最后，我这里提一提，由于国内基建体系的惯例，所以我们国家在工程建设的模式上与欧洲有很大的不同。设计院在我们的工程设计中，还有工程方案的选择，以及最后的投资造价，如何控制好这个项目的方案，对整个项目的影响非常大。因此，作为设计院来说，我们深感自己责任的重大，所以海上风电这个项目里头，因为不是传统的勘察设计业务，是比较新颖的，同时也是跟国外的连接比较密切的，因为很新的一些东西我们需要引进国外的一些技术。因此，我们在海上风电这块的设计中采用了这么一种全新的方式，引入一个第三方的咨询方的方式，对风险的认识和把控能力进行了一个比较创新的模式的应用。希望能够由国外的咨询方这边把他们的方案以及经验引入到我们项目中，为我们项目全生命周期的这么一个工程难度的把控提供一些服务。

下面我们的一个合作方GL这边的创始人他们也在这个展会上，想过来为大家说几句。

GL代表：我们也很荣幸能够跟GEDI一起合作开发珠海桂山这个项目。我觉得这是我们合作以及行业的一个新开端。因为海上风电不仅仅是把这个陆上的风电、风机移到海上而已，而是一个全新的理念。我本人是从20年之前就开始做海上风电，但是前十年在欧洲没有任何项目，只有在最近十年项目突然爆发式的发展起来。我可以很自豪的讲，现在英国在全球海上风电应该是首屈一指的，但是英国也是犯了很多的错误，当然从这些错误当中也积累了很多经验。举个例子，也是和今天的风险控制相关，海上风电里面一个很大的事故点就是电缆，电缆和基础连接的部分出了很多的事故。还有一个就是我们要把风机从陆说运到海上，同样对船的要求也是需要很多的考量。我们也是希望通过和国内设计院的合作，希望中国的海上项目不要重复欧洲已经犯过的错误。我们也是非常期待和广东电力设计院后期的合作，能够有更好的发展!

杜广平：非常感谢史磊的介绍和对海上风电的开发经验和他们的合作模式，对海上风险控制有很好的作用!我们上半场的演讲结束了，下面我们进行第二场。第一个演讲的是来自TUV NORD公司的，他介绍的题目是海上风机的监测挑战。

TUV NORD：我跟大家分享一下我们在海上风电的一些经验，主要讲的是海上分析的检测，也是德国的第一个海上风电场的情况。我讲一下我们这个公司，然后德国海上风电场的情况，然后讲讲在检查人员设备方面的要求。我们这个公司主要提供三类服务，一个是产品和人员的认证，这个在海上风电场非常的应用广泛，因为这个认证在德国海上风电是一个必要的程序。我们也会做土壤和其他选址方面的测试。还有第三方的生产认证，当然我们也有一些其他的认证服务，作为一个认证机构，我们遵循DAKKS标准，我们也按照BSH的标准，就是德国海上风电署，按照他们的要求进行海上风电项目的认证。我们还有资格做现场的一些评估，还有微观选址以及检测方面的工作。

我们在海上主要做什么呢?有海上风机的一些认证，我们还跟一些中国的制造商合作进行他们的一些风机认证。比如说华锐风电就跟我们有密切的合作，我们还有质保，质监，以及项目协助，有的时候还对一些认证过程进行设计，还有就是环境安全，生产这方面的工作。

再讲讲我们公司的情况，我们是在德国的北部，我们有自己的工作人员，现在差不多有一万员工，一般都是在这个海岸线附近的地方工作。他可能会去北海，去巴尔干。

我再简单的讲讲德国的海上风电的情况。德国邻北海，风资源比较富裕，比较适合发展风电场。大概是在这个位置，是离大陆有差不多70公里的距离，还有巴尔干这块，有第一期，第二期的海上风电项目，还有一些其他的在规划当中。德国有两个标准，一个是选址方面，还有一个是关于海上风机的设计标准。这是我们认证的一个过程，我就不细说了，但是有三个步骤是要在最终通过之前进行。这些操作原则必须要在这个检测当中得到执行，否则的话风场就不能够获得运营和进行风力发电的许可。

接下来这是我们刚刚所说到的已经是对阿尔法还有文图斯做的海上的风场，直到在海底的各种岩石的勘察等等，可能大部分人都已经知道，我们的风机，包括它的支持结构，以及它在变压器的一个平台。这个部分是一些需要进行检查的部件，因为我们知道包括这一个机舱，还有叶片和塔架，以及支持的结构，我们也都知道在这里我们会有相应的一些设备来完成，我们知道会有电机，还有齿轮箱在这个机舱当中这些是需要进行检查的。

这是我们的一个关于BSH的标准，它主要是检验的要求，也就是说，这些风机有25%都要得到一些检查，也就是在每年的时候，也就是四年之内，这些所有的风电场都必须要得到相应的一个周期内的检查，以及它的支持结构，还有平台也会在每一年得到检查，每一个定期的时候得到检查。这张幻灯片是一些项目相关的要求，主要是依赖于风电场的地点还有他们的服务概念。以及那些具体的部件的具体要求来确定的。还有从服务、运营、维护的角度所衍生出来的各种概念，也就是说，是不是在这方面海上的泵和陆上的泵等等，以及部件的各种具体的规格，这些实际上都是我们所需要去进行检查的例子。包括那些风机，以及ISD的这些概念当中的风机等等。

当然了，还有其他的一些需要进行检查的内容。比如说，安全设备的定期检查，这些都已经是永久性的在这一个分析上了，它的安全性实际上是非常重要的。一个设备包括电梯，还有梯子，以及这样的一个平台。而这些本身风机的情况也是要得到近期检查的，还有支持的结构，以及变压器平台的定期检查，这是我之前所说到的，这些都是在水下的，或者是在平台之上的。所以，这实际上是有水下的操作，因为海底当中也会有各种成长，也会有相应的结构。所以，我们会认为这样的一个增长必须要把它移除的。

另外一个要求就是描述了需要巨大维护的时候，比如说可能有非常多的压缩箱等等。同时，它也会是在船只当中进行检查，这是可能进行交换的时候，或者替换的时候需要做的努力。这个地方大家也可以看得到，其中的一些涂料，还有它的表面的一些体系，这也是我们的一个压力的船只。都是在它上面得到控制的。还有跟变桨系统进行联系，对于人员及设备的要求，基本上要求所有人都需要有在线的资格，在做这些检查的时候，他们都是得到了认证的，得到高等教育的工程师，同时有在风能方面丰富的经验，他们必须在电梯、压力容器及起重机的检验资格上获得认证的。这都是根据德国的监管方的要求做到的。但是，我也假设，在中国还会有当地的一些监管局要求做这些检查的人员上在认证的一些需求。比如说对电梯来说就会有一些特殊的认证和授权才能够完成这样的检查。同时，他们还必须要在这个领域有足够的经验。这张图是最体向我们描述和人员和设备的要求，不仅仅是作为执业人的要求，同时包括安全上的要求，以及安全上的认证，证书，这都是他们进入到海上风电场之前所需要获得的一些认证。我们都可以想象得到，当我们进行全面检查的时候，基本上他们必须有一个比如在海上的风场，还有陆上的风场，他们会看各个限制区域的情况和各个部件的情况，他们也必须要具备这些安全、急救上的认证，还有培训。当然了，我们刚才所说到的急救防火，高空的救援和在下载的区域当中，或者密闭空间当中的救援，也就是他们遇到问题的时候可以去进入和离开，而这可能是非常小的下载的密闭空间。

很多情况下我们也有海上的救援培训，让他们接受这方面运营的和救生艇，还有各种工具的培训，他们在那里培训。还有海上的一些适应性，包括在身体的健康状况上的一个检查，例如他们没有恐高症等等。

这是人员的个人防护设备，如果把他们带到哪里，很多时候是用直升机做，非常昂贵的，如果他们生病了，或者有些晕，这是不太好的。他们需要有一个个人定位信标，以及安全带，安全绳，救生套装，安全头盔，护目镜，安全背心，安全手套等，把他们整合到一个整体的保护服装商，当然它有优势，有劣势，另外把他们带出去做分别的保护，同时还有一些直升机的保护，当然还包括安全鞋。

关于技术的要求，对于海底的情况来说，他们需要有一些潜水的能力，他们通常可能并不是像在海上得到培训的人那样去进行的培训，所以他们也会有一些水下的机器人帮助他们完成水下的潜水和工作。把照相机安装到这些地方，有叶片以及绳索帮助他们到达需要检查的部委，齿轮箱、压力容器，内窥镜，当然还有电梯，他们可能会有各个不同的证物放在电梯当中，通过不同的水箱把它充满到这些运输电梯当中。同时，我认为有一些问题可能是不需要我们说的，就是天气和规划。

再重新回到这里跟大家描述一下我们有两个陆地的维护以及海上的维护。关于海上的维护，基本上就是要服务这些船只，他们在这个船只当中有自己居住的区域，可能有30天在海下，所以这是一个概念。另外一个概念就是陆地的维护，把这些人可以通过直升机，或者在船上面完成他们的工作，当然这主要取决于当地的情况。此外，它也是经济的一个概念之一，这对我们风电是非常重要的!

杜广平：下面我们请北京鉴衡认证中心有限公司风能事业部副总经理杨洪源先生介绍风力发电机组故障及失效分析方法。

杨洪源：下面我介绍一下风电机组故障与失效分析的技术，把风电机组故障和失效分析大概是一个什么样的过程让大家有一个了解。我的介绍主要分成四个部分，一个是风电机组的故障与失效，它是什么样的一个概念。第二部分是失效分析方法的介绍，地三是针对风电机组故障与失效分析应该是什么样的一个方法，最后是得出一个结论。

风电机组失效，我们通常都是不希望它也失效的问题，但是风电机组是一个大型的设备，在使用寿命期里面不可避免会出现一些问题，我们怎么样通过这种失效的分析使它损失降低到最小，甚至是使坏事变成好事，所以我们对失效分析就应该做一些很细致的专业的工作。

介绍一下失效和故障的概念，按照GB/T3178-94的术语，失效是指产品终止完成规定功能的能力这样的事件。故障是指产品不能执行规定功能的状态，预防性维修或者其他计划性活动或者缺乏外部资源的情况除外，这相当于风电机组的定期检查，比如限电，或者风况条件不满足要求的情况。有故障不一定失效，但是失效通常肯定会由于故障产生的。

风电机组是大型复杂的机电装备，机组的可靠性受设计、制造、运行维护，包括使用条件等多方面因素的影响，机组的故障、部件失效，甚至整个机组倒塌的事故也是时有发生。特别是在我们国家，风电这几年都发展的很快，但是对于机组的安全性的认识，还有相关的运行经验还是相对薄弱的。所以说，在已装的机组中，不可避免都存在一些安全的隐患。随着这些机组运行年限的增长，这些部件和机组的失效问题就会逐渐的暴露出来。

下面这个图上给出了两个例子，因为风电机组事故通常都是属于比较敏感的一些信息，所以说要想得到比较全面的和比较新的一些事故情况，还是比较困难。左边这个是由于变桨电池的容量失效，导致机组飞车，最后整个倒塌。右边是维护人在更换叶片的时候，将变桨系统关闭，导致风能在风的作用下启动旋转，因为无法控制而飞车，最后倒塌烧毁。

什么叫失效分析，就是对设备及构建在使用过程中发生的各种形式失效现场的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施，称之为失效分析，我们一个是要找出失效的原因，第二要防止失效的措施。通过失效分析可以防止类似失效在生命周期内再次发生，使产品的质量得以提高。失效分析的必要性，并不一定出现失效就一定是坏事，因为这是从几个方面。比如19世纪中期的时候德国的铁路频繁的发现断裂的现象，通过对失效现象的总结和研究，最后发现因为之前的设计都只考虑了强度，没有考虑疲劳，因为车载在循环载荷作用下，经历的载荷历程也是比较长，所以疲劳问题比较突出。在这个研究的基础上就发展出来疲劳学这一门学科，现在在结构强度领域，疲劳也是重要的问题。

第二、二战期间，美国的军运飞机运输到中东以后，发现60%记载的电子设备都是不能用的，这样促使他们对电子设备的可靠性去开展研究，然后在1950年的时候，他们是海陆空三军联合成立了一个课题研究小组，专门针对这个问题研究。在1957年，通过七年的研究，发布了一个关于飞机的电子产品的可靠性研究的一个报告，这个报告最后就成为可靠性研究这样一个奠基性的文件。

所以，从这里面可以看出来，很多我们的设计理论，或者说我们的设计方法有可能没有经过长期的工程验证，只有通过在使用过程中的失效，并且对失效问题的解决，有可能引发一些新的技术提出来。另外，在日本30多年前他们的产品也是以产品质量低劣而受影响的，但是现在他们的汽车产品在全世界还是赢得了很好的声誉。其中一个重要原因就是他们在30多年前就开始系统的分析世界各国汽车构建的失效情况，着重研究它的失效原因和改进措施，并且对这个改进措施的结果进行跟踪调查，这样就使日本机械产品到今天，特别是汽车行业是在世界范围内占有明显的优势。现在我们国家的装机容量是非常多的，我们能够基于这些运行的经验，基于这些失效的数据进行研究，我相信随着我们技术的发展，我们的产品也会在世界上占有这样的一些技术优势和质量的保证。