风电行业生死攸关的问题：风电设备的质量与可靠性

随着平价上网的步伐越来越近，风电开发竞争日趋激烈，风电项目建设周期缩减，这对风电设备质量与可靠性提出了巨大挑战。

2019年9月19日，由中国可再生能源学会风能专业委员会主办，中车株洲电力机车研究所有限公司承办的“中国风电设备质量与可靠性论坛”在湖南株洲隆重召开，本次会议主要围绕“风电设备质量与可靠性”为主题展开，从风电设备设计创新优化、制造可靠性提升、运维可靠性管理、供应链可靠性管控等角度进行深入探讨。


中国风电经过几十年的飞速发展，已经从补充能源转变为替代能源。中国可再生能源学会风能专业委员会高级顾问刘维方强调，当前，我们面临的挑战不仅仅是平价和抢装，风电设备质量与可靠性也是行业面临的生死攸关问题，中国风电应当由高速度发展向高质量发展转变，这需要全体风能人发扬工匠精神，守正创新，行稳致远，共同推进风电行业健康稳定发展。


风电平价新时代大背景下，提高质量与降低成本的双重压力与日俱增。中车株洲电力机车研究所副总经理彭华文在会议致辞中介绍到，中车株洲所自进入风电领域以来，以源自高铁的十大核心技术，同时依托自身独特的设计创新，快速响应智能化运维，综合能源、分布式能源建设等技术和服务，确定了以新能源投资为主产业助推器，着力打造风电整机、智能运维及综合能源服务三大产品线的战略思路。现在已拥有1.5MW、2MW 、3MW、4MW平台化机组以及各系列产品。且机组TBA和MTBF数据名列行业前茅。期望能与大家共同努力，合作共赢，推动风电行业高质量发展，为未来的蓝天白云，绿水青山贡献一份力量。


随着国内风电装机规模的不断增加，对于后市场运维提出了更高的要求，如何保障风电机组在全生命周期内安全可靠的运行至关重要，北京航空航天大学赵廷弟教授表示：与风电运维最密切的就是维修和测试故障，但运维不仅仅是维修故障，其对于整个运维过程都有相应要求，我们应以故障为核心，安全为底线，涵盖可靠性、安全性、维修性、测试性和保障性要求来服务客户。

全生命周期的敏捷运维与自主保障，首先就是一个运维场景的需求分析——不同的风机，不同的场地，包括维修条件。不同的运维条件会决定设计方式和维修方式，基于大数据的运维是对设计的修正和提升。

赵廷弟强调，风电不是单一的风力发电机组，而是由风机为核心所构成的一个大系统，我们需要针对该系统进行全方位、全特性和全寿命的设计与考虑，甚至细致到一个微小的元器件。另外系统SHM健康可靠性管理，强化系统对于故障的容忍程度，保障再出现小故障时仍可正常运营，这样就能大大提高生产效率。


风电行业正在逐步脱离补贴，从以前全额补贴，到标杆电价补贴，再到风电平价政策推出，风电产业链面临着非常大的挑战和压力，在此大背景下，我们如何保障风电质量与可靠性？

中车株洲所风电副总经理兼总工程师高首聪认为，风电质量与可靠性保障贯穿风电项目建设全过程，包含前期风资源开发，微观选址；中期风电整机研发、设计、制造，以及整机和供应链的协同；后期故障预警预测，智能运维。他详细介绍了中车株洲所提高风电质量与可靠性保障的5个方面。

1、风资源是开发风场最基础核心前提

高首聪介绍，针对风资源开发与选址的探索。中车株洲所基于6大技术研发了2个大平台。一是中尺度风资源模拟及宏观选址平台，还有一个风资源数据模拟高性能计算平台，确保前期测风精准性、微观选址的准确性。平台以国家气候中心数据为基础，还可以提供任意点位的雷暴，沙尘，湿度，冰冻，极端气温计算，进步降低风资源评估风险，降低风场开发前期成本。同时，基于多目标多维度微观选址优化技术，能够对多约束条件下，对不同目标，如利用小时数最优、IRR最优、度电成本最优等进行快速求解和分析。

2、贯彻平台化产品开发的理念

目前已经形成包含1.5MW、2 MW 、3 MW、4 MW平台化机组以及各系列产品，并配置系列化长度和尺寸，很多部件可以互用，提升不同机型之间零部件的互用率，进一步提高机组的延续性和可靠性。在风电整机研发设计过程中，试验验证是必不可少的一个过程，中车株洲所吸收在轨道交通高要求、高标准、高可靠性的完善试验验证体系经验，形成了一套包括振动、高低温、淋雨、疲劳等试验资源，并结合风电整机仿真技术的完备试验验证体系。

针对特定的风场，特定风资源，高首聪表示，如果用同一套设计去满足所有风场，就会存在过设计等问题。中车株洲所会根据不同风电场特性，从降低成本，保障风电场安全性、可靠性的角度进行针对性的设计，以充分利用风资源并满足特定风电场需求。

3、严格供应链管理流程

抢装过程中，业主最关注的问题除风电设备质量和可靠性外，还有就是供应链问题。高首聪强调，中车株洲所延续轨道交通供应链管理理念，形成了一套非常严格的供应链管理流程，对供应商准入、绩效评价、实物质量控制、首件质量管理，首件转批产的质量管理等过程都有严格的要求，确保供应商具备持续提供可靠产品的能力。

4、打造基于大数据的智能运维平台

风电运维现在面临诸多问题，信息不透明、不完善、风机故障或大或小、疑难故障根本原因难以准确定位和分析等一系列问题。中车株洲所基于现场上千台风机数据建立了基于大数据的智能运维平台。涵盖运行监测、健康管理以及智能运维三个系统，运行监测系统可通过数据分析对风电机组故障进行预警、诊断。健康管理系统基于大数据算法研究，每隔十分钟会对现场风场的数据做健康状况的适时检测。智能运维系统能够快速准确的指导现场完成故障处理，并形成风机故障知识库。目前该平台已经管理上千台的机组，建立了多个数据模型，有效指导现场运维，保障了产品运维过程的高效、可靠。

5、将高铁系统可靠性管理理念移植到风电领域

高铁和风机都是大型机电集成系统，只不过一个用电，一个发电。由于两者工作环境、寿命等都近乎类似，两者可靠性管理体系是有很多相通的地方。但两者的质量与可靠性水平存在一定差异，高铁的核心部件，如网络控制系统，MTBF的水平都是在百万小时级。中车株洲所把适用于风电的高铁可靠性管理理念移植到风电领域，并取得了显著效果。

高首聪表示，无论是当前风电抢装，还是未来的平价上网，风电设备的质量与可靠性始终是行业可持续健康发展的基础，中车株洲所愿意与各位同行一道，不忘初心，坚守制造的本质，一起为风电行业高质量发展贡献力量。


会议期间，鉴衡认证中心风能事业部副总经理杨洪源对风电设备可靠性进程——IEC61400-1,2019 进行了详细的解读，他表示，当前，我国风电机组呈现大型化发展趋势，海上风电爆发式发展，平价时代的到来，这些都将风电设备的安全可靠性推向了风口浪尖，IEC61400-1,2019是2019年2月份发布的，内容也根据行业目前发展现状趋势做出了相应的修改。

杨洪源表示，IEC61400-1,2019有一个主要变化，明确了风电机组可靠性水平，一般来说风电设备可能年失效概率是10的负3次方，如果到了10的负5次方危险性是很低的，如果要继续提高可靠性，就要增加投入成本。对于载荷的变化，新版标准提到风轮方位角和偏航误差，降低误差也可以避免小概率事件发生。

杨洪源认为，风电设备的可靠性设计要求介于一般机械设备和航空设备之间，在结构设计和结构可靠性方面，新版的标准出现了比较大的变化，不同的设计方法和试验都会出现相应的偏差，这就造成结构加工制造过程当中或多或少都会出现缺陷，运行过程中，风电设备也一样，不可避免的会出现目前零部件的失效或损伤，但只要在短时间内还是安全的，初始缺陷是被允许的，我们后续检查并及时更换。


此外，会议还邀请了风电开发企业、整机企业、电气设备配套企业以及认证机构就风电设备质量与可靠性做进一步交流对话，各嘉宾也从各自角度对问题进行了作答，大家共同总结经验教训，抓住市场机遇，推进风电行业可持续健康发展。