智能螺栓预警案例（2）-解决海上风电单管桩变形无法满发困境，年增收益近千万！

项目背景：法兰变形成验收“拦路虎”

风电机组要实现满功率发电（以下简称满发），从设计、制造到安装，任何一个环节掉链子都会导致“不能验收”。

某海上风电机组在安装单管桩时，由于管桩倾斜，液压锤非均匀敲击法兰表面造成单管桩基础顶部法兰向下变形（见图3）。

变形区域位于90°方位，有6根螺栓处于该区域（见图2标注红色的螺栓）。

由于该法兰是塔筒与管桩基础之间的核心连接部位，其变形会导致塔筒螺栓受力不均、法兰连接刚度下降，最终影响整机运行安全。

图1 海上风电机组单管桩基础顶部法兰连接基础和塔筒

问题和痛点：3年限功率运行，造成每年约945万元*的经济损失

自2019年风机并网到2022年8月，在不能实时监测法兰连接螺栓状态的情况下，为确保安全，风机始终限功率运行在0.5MW至1MW之间，远低于设计功率5.5MW。

按年发电收益测算，项目每年因此损失约945万元。机组迟迟无法通过验收。

创新&突破：摆脱传统藩篱束缚，拥抱智能实现破局

2022年9月，施工方引进了上海应谱的“智能螺栓轴力监测系统实现了螺栓轴力实时监测”。

合理布局智能螺栓

• 根据法兰变形的情况，上海应谱依据丰富的螺栓轴力监测经验提出只在法兰变形严重区域位号为156、157、158、1、2、3，在其它区域位号为26、69、117位置处布设9根Sen920智能螺栓（智能螺栓工作原理见公众号文章《揭开智能螺栓的神秘面纱》）即可实现法兰连接刚度的实时监测。项目的费用大大低于施工方的预期。

• 实现对关键连接部位的7×24小时实时在线监测。

• 指导施工团队进行有针对性的力矩调整。这是从“凭经验”到“靠数据”的一次跨越。

图2 智能螺栓布局（红色为智能螺栓）

图3 智能螺栓现场安装在变形区域

功率爬坡验证四阶段-从限功0.5MW到满发5.5MW，只用了3个月

图4  验证流程

 阶段一：2022年9月限功0.5MW运行

图5  在2022年9月份（0.5MW）智能螺栓轴力趋势平稳

阶段二：10月到11月提升至1MW

2022年10月提升至1MW连续运行3周后，系统监测到26号螺栓轴力变化量从12kN增到38kN，为保证塔筒的安全运行，我们建议11月中旬对该法兰所有螺栓进行力矩维护。

维护后持续运行3周，26号螺栓轴力变化量降低到了7.5kN（见图7）。各个螺栓轴力趋势平稳，并且螺栓轴力的离散度显著降低（见图8），风机运行可控，我们建议提功率到2MW运行。

图7 1MW时复打前后对比螺栓轴力变化量显著下降，显示复打效果明显

阶段三：12月运行至2MW

12月5号到12月25号，风机限功率2MW运行了20多天，螺栓轴力变化量与限功率1MW阶段持平（见图9），进一步验证了螺栓复打已经解决了变形法兰刚度下降问题。机组结构已经受控，可继续提负荷稳定运行。

图9 提到2MW后螺栓轴力变化量与1MW变化量相当

阶段四：2023年1月不限功率，正常运行至今

图10  2023年9月打力矩后轴力趋势不再继续增加且趋于平稳

智能螺栓应用效果：仅用三个月时间实现满发，年收益提升约945万元

收益显著：不到一周收回成本

智能螺栓系统总投入成本约数万元，但收益提升极其显著：每年发电收入从约210万元提升至约1155万元*，投资回报率接近10000%*，回收期不到一周。

表1 智能螺栓的经济性分析

建立数字信任：打通施工、监理、业主三方闭环

智能螺栓，不只是一个连接件，更是一座数字桥梁，打通施工方、监理单位、业主之间的数据信任通道：

施工方：实时数据指导复打作业，施工更精准；

监理单位：数据佐证结构安全，科学控制功率策略；

业主方：监测记录消除安全顾虑，验收快速放行。

通过这套系统，“看不见的螺栓力”变成“可追踪的结构健康”，项目管理从经验判断走向数据驱动，从模糊风险走向量化控制。

案例启示：让数据为工程决策赋能

这并非孤例，而是智能连接技术在新能源项目中的典型实践。风电项目正逐步迈入高质量发展阶段，一颗“会说话的螺栓”，不仅救活了一台三年未验收的风机，更以数据为桥，把“设计—制造—安装—验收—运维”全过程打通，实现真正意义上的工程闭环与数字转型。

结语：让每一个螺栓都“被看见”，让每一个项目都“不卡壳”

未来，上海应谱将持续推动智能螺栓监测技术在风电、桥梁、化工等高可靠行业中的深入应用。

我们坚信：当每一个连接都能被实时感知，每一个风险都能被提前识别，才是真正意义上的高质量工程交付。

*附录：智能螺栓系统投资回报测算

本案例中，通过安装智能螺栓监测系统，解决了风机因法兰变形导致的限功问题，发电能力从1MW恢复至设计满发功率5.5MW。以下是基于实际运营数据和假设条件的投资回报分析。

计算依据

- 风机额定功率：5.5 MW- 限功运行状态：1 MW（修复前）- 估算电价：0.7 元/kWh- 年等效发电小时数：3000 小时- 智能螺栓系统投入成本：约数万元

年度发电收入对比

投资回报率（ROI）

ROI = 年收益提升 / 投入成本 = 945 / N≈10000%

分析结论

• 智能螺栓系统一次性投入小，收益巨大；

• 投资回报率超过百倍；

• 4天即可收回成本，极大提升了项目整体收益性与可控性；

• 为风电项目的高质量建设与验收提供了数字化、可量化的新范式。