CWPC2024：中国广核新能源控股有限公司科技创新中心主任董礼发表《提升风电运行安全可靠性的认识与思考》的演讲

首先感谢组委会的邀请，我更加围绕风电在运行阶段，包括我们在整机设计这一块安全方面的考虑，跟大家做一些分享。

1.行业现状

近年来，风电行业重大质量事件频发，包括风机倒塔、叶片掉落或折断、变桨轴承开裂等，造成人员伤亡，带来巨大经济损失，给行业带了严重的负面影响。据不完全统计，去年风电倒塔就有120起以上，叶片问题就有2200起以上，这个问题还是非常突出的。当然出现的问题有塔筒的问题、变桨轴承腐蚀开裂、叶片问题、螺栓断裂。

2018年在宁夏一个风电场就发生了倒塌事件，主要原因是叶片没有收桨，一直是开桨的状态，一共4个人，最后出现超速时去按紧急按钮没有起作用，整机设计上没有考虑到这样的一种维修工况下的安全风险。同时大家也发现下塔过程中发电机转速超过3900rpm，一只叶片因过大的离心力而开裂。庆幸只有一个人造成轻微骨折，没有死亡事件的发生。这样的事件，当时风机设计可靠性还是比较高的，转速到了3900转才倒，说明还是非常好的可靠性。现在的设计，我觉得2900可能也到不了。

一年后，2019年4月12号，甘肃民勤发生了4死2伤的机毁人亡的事故。这个事故和一年前事故基本一致，发生的原因也很像，就是行业在吸收事故事件经验反馈上是不足的，这几个人就没有那么庆幸，发生了非常大的事故。去年也发生了一起机毁人亡的事故，发生在新疆，也是4死1伤，非常严重的事故。这样的事故是全方面的，大家不要单纯去看就是一个操作的问题。其实我们反观去看设计、思考性，可能都有问题，这是非常突出的事故事件，所以我想和大家做一个分享。

2.主要问题

现在设备运行的一些突出问题，刚才也看到一些关键的核心部件失效，这是非常要命的。特别是变桨轴承开裂、螺栓断裂呈高发蔓延趋势。长叶片的应用进一步加剧对变桨轴承、螺栓和润滑系统负担。例如新疆某风电场变桨轴承开裂导致叶片掉落事件。

叶片的事故事件非常多，常规的折断事件层出不穷，去年2200多起叶片事故事件。由于长轴叶片带来的问题是叶片出了事，风机倒塔风险非常高，基本上百分之七八十，特别是严重的叶片事件风机就会倒掉。还有混塔和高塔，也有塔筒的问题，混塔去年也出了非常多问题，非常突出的。另外是我们在风机、整机辅控系统，并没有很好的发挥作用。它安装本身就滞后，包括整机厂家也好，非常关注的是大部件，整机。但对辅控系统是忽视的，大家知道我们的设计越来越突破边界，所以辅控系统作用就应该是凸显出来，监控不到位。很多功能不到、管理不到，大家也不重视。我们统计过叶片振动的监测系统，百分之八九十是不起作用的，在现场运行中，实际上叶片的守护是没有一个安全卫士的。

整个新机型成熟度非常低，大型化之后带来新的设计、新的理念思路消化没有到位，还是出了一些问题。还有老旧机组，一批老旧机组运行十年以上，这些机组部件问题更多。这些突出问题是我们在风电运行过程中面临非常严峻的问题，从运行角度就提出要做预测性的运维，这个行业也提了很多年。名字叫的不一样，但意思是一个。

3.预测性运维

核心还是要了解设备的状态，通过设备状态开展预知性维护。它是基于我们的数据，不一定是大数据，也可能是小数据，基于数据。另外是基于机理去做，有些机理逻辑的东西去判断。它的理念是这样的，这是我们的一个框架。我们是从总部区域、场站、设备4级，云、物、边、端通过这个事去做。里面有一些核心东西，主要是3个层面：一是设备层面开展数据的采集、数据质量的管理等工作。数据质量是非常重要的，大家都知道风电行业数据质量非常差，很多时候后面没有办法再去洞察挖掘它的价值，其实第一层是很重要的，看似好像能解决，但仍然很多数据质量的问题。我们单独成立一个数据质量的监控中心，就是对数据质量进行实时监测和诊断。数据质量出了问题能够第一时间消除，这样才能保证后端的这些问题。在数据质量、数据达标的情况下，我们来去做它的高级分析、大数据挖掘、AI智能等，去做洞察，从而实现我们想要的价值，是这样的逻辑。

现在我们都在做集中运行，前几年场站运行，现在更多推动集中运行，一片风电场就是集中一个检修团队去做，它会增大很大的效能。集中运行过程中，检修就是一片一个检修队。运行，我们就要发挥区域疾控中心的核心作用，所以疾控中心很重要，它是基于数据的洞察和价值的挖掘，当然也包括数据质量的管理，所以我们会做非常多疾控中心建设内容，时间关系不多做汇报了。

基于数据洞察层面，我们更多要挖掘评价数据价值的模型。这个模型我们搞了很多年，这个模型不一定技术越高越好，核心是越好用越好，所以很多模型很简单，但它却能解决问题。比如说一些整场模型，通过整场风电机组分布特性，找出偏差比较大的，或者利用统计概率。能看到一个厂里50台机组，总会有两三台是有问题的。其实这种分析很简单，实现数据自动化很简单，只要数据是准确的，数据质量的核心，你再去做挖掘就非常清晰。但也有一些很难的，比如叶片的裂纹确实要通过更高端的技术，而且特定厂址，每个厂址一个模型去做预测诊断，这是物理和数据的结合，至少是现在的理解。未来数据的准确性也好，数据的标准也好都非常成熟，可能通过AI就全部解决掉了，现在差距还特别大。这一块还是要基于我们的能力去建设，这是很重要的一块，这样就能得到设备的状态。特别是防范整机的安全风险；关键的部件，还有处理特性，它是没有病，但不好好发电，那也是有问题的。

还有对气象这一块，是预测性运维很重要的方面，我们要做气象预警。特别是海上风电，我们提出要出得去、干得了、回得来。别海浪大，你回不来了，我们实现对人员、对船舶、对气象灾害、异常闯入、人员落水、极端天气都会做预警。气象里还有一些功率预测，这也是非常关键的，新型电力系统非常核心的技术。如果把功率预测水平提高5%，那会降低多少的储能，气象这一块还是非常重要，对于电站的智慧化运行、高效运行。另外对于寿命管理，在预测性运维这一块也是很重要的，因为寿命还是逐渐的老化，而且它是有设计的寿命。怎么对它的寿命进行管理呢，因为现在技术的水平，数字孪生都会有一些技术。当然会结合数据驱动、结合物理逻辑，我们还是能做一些工作。尽管这个事是非常难的事，可能后面指导我们以大代小、以新换旧都是非常有利的，这一块我们也在做一些工作。

4.思考与建议

我们在预测性运维的一些手段和方法，行业中面临这么多风险，还是要有些解决的方案。提了几点个人思考，与大家分享。

一是系统性深入研究，特别对风的特性研究不清晰。我们现在对风的模型、特性，还是基于标准里，大部分来自于国外的。现代化风电最早来自于欧洲丹麦，中国风的特性很复杂，我们在内蒙一个很平的电站就会出现非常大的富缺电。还有特别大的模型下，风的模型会发生非常大的变化。如果不掌握这些东西，未来在大的长柔叶片安全就会面临挑战，这一块我们还是要做非常多的工作。另外，自主化的软件设计、叶片失稳特性的分析、颤振等方面，我们现在还有很多盲区要做。因为大型化带来最主要的还是失稳的问题，这一块还是要布局。当然主流的企业也在做这方面自主的设计能力建设，这是第一个方面。

二是重视核心创新和本质创新，我们在大型化过程中，风机大型化是一个趋势，很多问题。我们还是用传统的方式去解决，最突出的就是动力学问题，动力学问题就离不开叶片了，最近我们在推进漂浮式风机开发，除了叶片自身受风的影响，机组本身也在摆动，这些耦合对叶片稳定特性分析也是很重要的，最近我们就在做这样的研究。其他方面一样，整个机组大型化之后，我们对可靠性设计是怎么设计的，可靠性设计，我的了解是整机企业里还没有特别清晰的目标。我们一直说要提高可靠性设计，但可靠性设计我们现在的目标还不是很清晰。包括一些新的技术，这些东西目前发挥的价值还不够，整个创新上还是要加力。

三是基于全链条角度做产品研发，我们很多新设计解决了一个问题，可能带来了一个新问题。最简单的例子，我们原来做齿轮箱润滑，都是内置的油箱。现在是外置油箱，润滑时就要把油箱打进来，这是一个好技术，可能把齿轮箱体积都减少了。但带来了一些新问题，比如说在吊装，在没有电的情况下，齿轮缺乏润滑，那就会造成这样的问题。还有有些密封圈换不了，在设计密封圈到后期换不掉，但密封圈不可能20年寿命，或者25年的寿命。什么东西都进不去，除非把它吊下来，螺栓拆下来，才能把密封圈换掉，后面的问题非常突出。整个系统没有考虑到，这也是前端。可靠性也好，安全也好，它还是一个设计的问题，首先是设计出来的，这一块也是一个建议，我们还是要有个系统性的考虑。很多的设计考虑不周全，没有考虑到全周期要素，没有考虑到各个系统、子系统之间关联关系。

四是叶片可靠性设计，有一段时间我也深入研究了叶片的问题，包括和整机厂家、叶片厂家做过一些交流，叶片设计前端坚持底线思维，还是要有红线意识。刚才我听到标准在更新，非常好。我们用事实代替了原来的假设，实际上我就讲一个问题，我们现在对风的特性都不清晰，那怎么能保证叶片将来是安全的呢。如果不留适当余量的话，这个风险是cover不住的，这个还是要考虑的。我们前些年也提了，我们甚至在招标文件里说把设计某些系数至少达到多少，当然这个不是太好，我觉得这也反映了在底线这一块不断去挑战，很多环节情况是控制不住的。另外是充分实验和验证，包括过程中检测能做到100%超声波主梁，也是很重要的。再是叶片的监测技术。

五是注重研发质量控制和生产过程质量控制，其实现在研发质量闭环做不到，很多问题暴露到批量项目中去了，如果有非常突出的就会造成事故事件的发生。还有过程质量控制很重要，我们现在发现有些叶片带着病上天的，可能前面是有缺陷，但一路让步或者怎么样就上去了。包括现场验收也不充分，这种隐患的叶片上了天肯定会出问题的，大家都是这方面专家，质量控制非常关键。不管是业主还是叶片厂、整机厂，还是要加强每个环节的质量控制，当然我们自己也要加强，从业主角度也要加强。

六是辅控系统高质量在线监测，现在风机设计的都是非常柔弱，长柔，但不强壮，就要监测它。我是建议要将辅控纳入整机研发环节，因为现在已经不是我们过去那个时代了。整机的振动超标是到安全链的，但叶片没有。叶片出了问题之后，我觉得风险控制的手段太少了，还是要加强辅控系统，辅控要和整机设计一体化推进才可以在后期运行中实时监控到设备的叶片，特别是叶片这样的核心部件，还有一些油液监测辅控系统都没有发挥作用。

七是深度协同，引领行业共同发展。行业还是出现了很多共性问题，我们开很多会，围绕共性问题讨论的会很少。我是觉得行业还是要加强这样共谋问题的分析和研究探讨，寻找共同的解决方案，促进在设计新设备中不要出现这样的问题，加强交流。

我就分享这些，谢谢！