CWPC2024：中國廣核新能源控股有限公司科技創新中心主任董禮發表《提升風電運行安全可靠性的認識與思考》的演講

首先感謝組委會的邀請，我更加圍繞風電在運行階段，包括我們在整機設計這一塊安全方面的考慮，跟大家做一些分享。

1.行業現狀

近年來，風電行業重大質量事件頻發，包括風機倒塔、葉片掉落或折斷、變槳軸承開裂等，造成人員傷亡，帶來巨大經濟損失，給行業帶了嚴重的負面影響。據不完全統計，去年風電倒塔就有120起以上，葉片問題就有2200起以上，這個問題還是非常突出的。當然出現的問題有塔筒的問題、變槳軸承腐蝕開裂、葉片問題、螺栓斷裂。

2018年在寧夏一個風電場就發生了倒塌事件，主要原因是葉片沒有收槳，一直是開槳的狀態，一共4個人，最后出現超速時去按緊急按鈕沒有起作用，整機設計上沒有考慮到這樣的一種維修工況下的安全風險。同時大家也發現下塔過程中發電機轉速超過3900rpm，一只葉片因過大的離心力而開裂。慶幸只有一個人造成輕微骨折，沒有死亡事件的發生。這樣的事件，當時風機設計可靠性還是比較高的，轉速到了3900轉才倒，說明還是非常好的可靠性?，F在的設計，我覺得2900可能也到不了。

一年后，2019年4月12號，甘肅民勤發生了4死2傷的機毀人亡的事故。這個事故和一年前事故基本一致，發生的原因也很像，就是行業在吸收事故事件經驗反饋上是不足的，這幾個人就沒有那么慶幸，發生了非常大的事故。去年也發生了一起機毀人亡的事故，發生在新疆，也是4死1傷，非常嚴重的事故。這樣的事故是全方面的，大家不要單純去看就是一個操作的問題。其實我們反觀去看設計、思考性，可能都有問題，這是非常突出的事故事件，所以我想和大家做一個分享。

2.主要問題

現在設備運行的一些突出問題，剛才也看到一些關鍵的核心部件失效，這是非常要命的。特別是變槳軸承開裂、螺栓斷裂呈高發蔓延趨勢。長葉片的應用進一步加劇對變槳軸承、螺栓和潤滑系統負擔。例如新疆某風電場變槳軸承開裂導致葉片掉落事件。

葉片的事故事件非常多，常規的折斷事件層出不窮，去年2200多起葉片事故事件。由于長軸葉片帶來的問題是葉片出了事，風機倒塔風險非常高，基本上百分之七八十，特別是嚴重的葉片事件風機就會倒掉。還有混塔和高塔，也有塔筒的問題，混塔去年也出了非常多問題，非常突出的。另外是我們在風機、整機輔控系統，并沒有很好的發揮作用。它安裝本身就滯后，包括整機廠家也好，非常關注的是大部件，整機。但對輔控系統是忽視的，大家知道我們的設計越來越突破邊界，所以輔控系統作用就應該是凸顯出來，監控不到位。很多功能不到、管理不到，大家也不重視。我們統計過葉片振動的監測系統，百分之八九十是不起作用的，在現場運行中，實際上葉片的守護是沒有一個安全衛士的。

整個新機型成熟度非常低，大型化之后帶來新的設計、新的理念思路消化沒有到位，還是出了一些問題。還有老舊機組，一批老舊機組運行十年以上，這些機組部件問題更多。這些突出問題是我們在風電運行過程中面臨非常嚴峻的問題，從運行角度就提出要做預測性的運維，這個行業也提了很多年。名字叫的不一樣，但意思是一個。

3.預測性運維

核心還是要了解設備的狀態，通過設備狀態開展預知性維護。它是基于我們的數據，不一定是大數據，也可能是小數據，基于數據。另外是基于機理去做，有些機理邏輯的東西去判斷。它的理念是這樣的，這是我們的一個框架。我們是從總部區域、場站、設備4級，云、物、邊、端通過這個事去做。里面有一些核心東西，主要是3個層面：一是設備層面開展數據的采集、數據質量的管理等工作。數據質量是非常重要的，大家都知道風電行業數據質量非常差，很多時候后面沒有辦法再去洞察挖掘它的價值，其實第一層是很重要的，看似好像能解決，但仍然很多數據質量的問題。我們單獨成立一個數據質量的監控中心，就是對數據質量進行實時監測和診斷。數據質量出了問題能夠第一時間消除，這樣才能保證后端的這些問題。在數據質量、數據達標的情況下，我們來去做它的高級分析、大數據挖掘、AI智能等，去做洞察，從而實現我們想要的價值，是這樣的邏輯。

現在我們都在做集中運行，前幾年場站運行，現在更多推動集中運行，一片風電場就是集中一個檢修團隊去做，它會增大很大的效能。集中運行過程中，檢修就是一片一個檢修隊。運行，我們就要發揮區域疾控中心的核心作用，所以疾控中心很重要，它是基于數據的洞察和價值的挖掘，當然也包括數據質量的管理，所以我們會做非常多疾控中心建設內容，時間關系不多做匯報了。

基于數據洞察層面，我們更多要挖掘評價數據價值的模型。這個模型我們搞了很多年，這個模型不一定技術越高越好，核心是越好用越好，所以很多模型很簡單，但它卻能解決問題。比如說一些整場模型，通過整場風電機組分布特性，找出偏差比較大的，或者利用統計概率。能看到一個廠里50臺機組，總會有兩三臺是有問題的。其實這種分析很簡單，實現數據自動化很簡單，只要數據是準確的，數據質量的核心，你再去做挖掘就非常清晰。但也有一些很難的，比如葉片的裂紋確實要通過更高端的技術，而且特定廠址，每個廠址一個模型去做預測診斷，這是物理和數據的結合，至少是現在的理解。未來數據的準確性也好，數據的標準也好都非常成熟，可能通過AI就全部解決掉了，現在差距還特別大。這一塊還是要基于我們的能力去建設，這是很重要的一塊，這樣就能得到設備的狀態。特別是防范整機的安全風險；關鍵的部件，還有處理特性，它是沒有病，但不好好發電，那也是有問題的。

還有對氣象這一塊，是預測性運維很重要的方面，我們要做氣象預警。特別是海上風電，我們提出要出得去、干得了、回得來。別海浪大，你回不來了，我們實現對人員、對船舶、對氣象災害、異常闖入、人員落水、極端天氣都會做預警。氣象里還有一些功率預測，這也是非常關鍵的，新型電力系統非常核心的技術。如果把功率預測水平提高5%，那會降低多少的儲能，氣象這一塊還是非常重要，對于電站的智慧化運行、高效運行。另外對于壽命管理，在預測性運維這一塊也是很重要的，因為壽命還是逐漸的老化，而且它是有設計的壽命。怎么對它的壽命進行管理呢，因為現在技術的水平，數字孿生都會有一些技術。當然會結合數據驅動、結合物理邏輯，我們還是能做一些工作。盡管這個事是非常難的事，可能后面指導我們以大代小、以新換舊都是非常有利的，這一塊我們也在做一些工作。

4.思考與建議

我們在預測性運維的一些手段和方法，行業中面臨這么多風險，還是要有些解決的方案。提了幾點個人思考，與大家分享。

一是系統性深入研究，特別對風的特性研究不清晰。我們現在對風的模型、特性，還是基于標準里，大部分來自于國外的?，F代化風電最早來自于歐洲丹麥，中國風的特性很復雜，我們在內蒙一個很平的電站就會出現非常大的富缺電。還有特別大的模型下，風的模型會發生非常大的變化。如果不掌握這些東西，未來在大的長柔葉片安全就會面臨挑戰，這一塊我們還是要做非常多的工作。另外，自主化的軟件設計、葉片失穩特性的分析、顫振等方面，我們現在還有很多盲區要做。因為大型化帶來最主要的還是失穩的問題，這一塊還是要布局。當然主流的企業也在做這方面自主的設計能力建設，這是第一個方面。

二是重視核心創新和本質創新，我們在大型化過程中，風機大型化是一個趨勢，很多問題。我們還是用傳統的方式去解決，最突出的就是動力學問題，動力學問題就離不開葉片了，最近我們在推進漂浮式風機開發，除了葉片自身受風的影響，機組本身也在擺動，這些耦合對葉片穩定特性分析也是很重要的，最近我們就在做這樣的研究。其他方面一樣，整個機組大型化之后，我們對可靠性設計是怎么設計的，可靠性設計，我的了解是整機企業里還沒有特別清晰的目標。我們一直說要提高可靠性設計，但可靠性設計我們現在的目標還不是很清晰。包括一些新的技術，這些東西目前發揮的價值還不夠，整個創新上還是要加力。

三是基于全鏈條角度做產品研發，我們很多新設計解決了一個問題，可能帶來了一個新問題。最簡單的例子，我們原來做齒輪箱潤滑，都是內置的油箱?，F在是外置油箱，潤滑時就要把油箱打進來，這是一個好技術，可能把齒輪箱體積都減少了。但帶來了一些新問題，比如說在吊裝，在沒有電的情況下，齒輪缺乏潤滑，那就會造成這樣的問題。還有有些密封圈換不了，在設計密封圈到后期換不掉，但密封圈不可能20年壽命，或者25年的壽命。什么東西都進不去，除非把它吊下來，螺栓拆下來，才能把密封圈換掉，后面的問題非常突出。整個系統沒有考慮到，這也是前端?？煽啃砸埠?，安全也好，它還是一個設計的問題，首先是設計出來的，這一塊也是一個建議，我們還是要有個系統性的考慮。很多的設計考慮不周全，沒有考慮到全周期要素，沒有考慮到各個系統、子系統之間關聯關系。

四是葉片可靠性設計，有一段時間我也深入研究了葉片的問題，包括和整機廠家、葉片廠家做過一些交流，葉片設計前端堅持底線思維，還是要有紅線意識。剛才我聽到標準在更新，非常好。我們用事實代替了原來的假設，實際上我就講一個問題，我們現在對風的特性都不清晰，那怎么能保證葉片將來是安全的呢。如果不留適當余量的話，這個風險是cover不住的，這個還是要考慮的。我們前些年也提了，我們甚至在招標文件里說把設計某些系數至少達到多少，當然這個不是太好，我覺得這也反映了在底線這一塊不斷去挑戰，很多環節情況是控制不住的。另外是充分實驗和驗證，包括過程中檢測能做到100%超聲波主梁，也是很重要的。再是葉片的監測技術。

五是注重研發質量控制和生產過程質量控制，其實現在研發質量閉環做不到，很多問題暴露到批量項目中去了，如果有非常突出的就會造成事故事件的發生。還有過程質量控制很重要，我們現在發現有些葉片帶著病上天的，可能前面是有缺陷，但一路讓步或者怎么樣就上去了。包括現場驗收也不充分，這種隱患的葉片上了天肯定會出問題的，大家都是這方面專家，質量控制非常關鍵。不管是業主還是葉片廠、整機廠，還是要加強每個環節的質量控制，當然我們自己也要加強，從業主角度也要加強。

六是輔控系統高質量在線監測，現在風機設計的都是非常柔弱，長柔，但不強壯，就要監測它。我是建議要將輔控納入整機研發環節，因為現在已經不是我們過去那個時代了。整機的振動超標是到安全鏈的，但葉片沒有。葉片出了問題之后，我覺得風險控制的手段太少了，還是要加強輔控系統，輔控要和整機設計一體化推進才可以在后期運行中實時監控到設備的葉片，特別是葉片這樣的核心部件，還有一些油液監測輔控系統都沒有發揮作用。

七是深度協同，引領行業共同發展。行業還是出現了很多共性問題，我們開很多會，圍繞共性問題討論的會很少。我是覺得行業還是要加強這樣共謀問題的分析和研究探討，尋找共同的解決方案，促進在設計新設備中不要出現這樣的問題，加強交流。

我就分享這些，謝謝！