鑒衡認證中心宗川翔：貫通設計、制造及項目管理全環節，控制風機質量安全風險

2023年10月16日-19日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構筑全球穩定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“全球風電產業布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發展前景”“國際風電市場發展動態及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見APP全程直播本次大會。

在10月18日上午舉辦的風電機組可靠性論壇上，北京鑒衡認證中心資深技術經理宗川翔，發表了題為《中國風電機組產品質量及安全提升》的主題演講。

以下為發言全文：

各位行業專家同仁，大家上午好，我是北京鑒衡認證中心的宗川翔，今天我演講的主題是中國風電機組產品質量及安全提升。中國風電已經發展了30年，快速發展了10余年，已經實現了量的提升，到了實現質的突破的關鍵階段。我們一直認為產品的質量是整個行業持續發展，健康發展的基石。下面我將從現狀統計、原因分析，還有提出解決方案三個方面進行詳細的介紹。

先來看一組數據，截止到去年年底為止，中國風電已經連續14年實現了年裝機量的全球第一，去年年底累計的裝機總量已經達到了3.96億千瓦，但是隨著裝機量的提升，我們也可以發現近年來，事故發生的數量也是逐年提升的，但是事故發生數量的增加趨勢和整體的裝機量趨勢是一致的，沒有實現一個突變。

這個主要有三方面原因，第一個方面它的裝機的體量上去了，基數大了發生的事故數量就會增加。第二個原因是隨著新媒體和分散式的塔架，分散式的機組的發展，更多風電的事故或者是失效的情況，被咱們普通百姓或者是咱們整個行業內的人更多關注，更容易關注到了。

第三個隨著機組大型化的發展，單機容量越來越大，咱們現在面臨的情況與之前也不太一樣了，早期的時候中國風電是在跟著別人的腳步去前進，有國外的經驗和標準可以借鑒，但是現在由于咱們機組的研發迭代速度越來越快，已經達到了全球領先水平，遇到了很多新的問題，新的風險，這些新的問題，新的風險是沒有國外的成熟的經驗可以借鑒的，所以這些也是需要我們自己去解決去突破的。風電機組是一個復雜產品的集成，分系統分部件有數10種，涉及到的專業也非常多，所以它的失效類型也是非常多種多樣的。

根據我們鑒衡獨立進行的500多起失效分析的案例進行統計，可以分為三大類，首先最主要的部件失效，占比超過了將近70%，其次是倒塔類的，著火類的事故也時有發生，其他類型的失效類型中有像異響、震動頻發、橢圓度異常等等，其中部件失效占比超過百分接近70%，也是由于風電機組的部件種類比較多，這個原因導致的，把這個部件的失效類型再細分的話，又可以分為葉片的失效，齒輪箱的失效、塔架的失效等等。

其中以葉片為例，因為它是機組的主要載荷的承載的部件，而且制造的環節人工的參與度比較高，隨著機組大型化以后，葉片越來越長，會伴隨著一些新的問題等等這些問題綜合到一起，使得葉片的失效，發生的數量是最多的。你們可以看到之前上一頁的PPT是對葉片的對失效的類型進行分類，對失效原因進行統計和分類，可以看出來是風電機組的事故和失效，它往往不是單一原因造成的，往往是多多個原因疊加的。

下面這兩個圖表的統計是以失效或者事故的根本原因作為單一的原因進行統計的。我們可以看出風電機組的安全性問題，它涉及到多個環節、多個階段，最主要的就是在運營生產前的數量占比最多的，并且不管是部件失效還是倒塔類的問題，生產制造的問題，它的質量問題是最主要的一個失效原因。

從15年開始，海上機組的事故和失效也是逐漸開始產生的，也是與海上風電的快速發展有關。但是不同于陸上機組，海上風電的失效原因，它主要源集中在運行環境這個方面，這與海上的特殊環境像臺風、雷擊等等是有密切相關的。

同時海上風電設計問題導致的失效，也是重要因素之一，這也與海上機組目前都是一些大型化的機組，它的實驗驗證和測試沒有及時跟上是強相關的。以上是一些統計數據對風電機組質量問題的類型，還有它原因的一些分類和統計，下面我們就從引起質量問題的各個階段進行逐一的去分析。

首先就是風電機組設計方面的原因，因為我們知道風電機組的設計是最基礎，也是最核心的風險管控的手段，這個設計不單單指的是仿真的設計，理論設計，停留在計算機和圖紙上面的設計，這個設計是指的是在批量生產前，樣機定型設計之后還要開展實際部件的測試，還有整機的型式測試，通過型式測試之后才具備商業化的條件，但是商業化也是分為小批量的商業化和大批量的商業化的兩個階段。

因為風電機組它是復雜系統的集成，并且工作環境也是各種各樣，有不同的環境條件，對它的運行會產生比較大的影響。所以一般在完成定型設計以后，會進行小批量的生產運行，通過實際的測試數據，對前期定型設計的一些關鍵的數據，關鍵參數進行驗證，來修訂它之前的設計，發現一些新的風險之后，進行管控措施的優化，這樣再進行大批量生產，才能更好的或者是更經濟的去確保機組的質量，提高它的可靠性。

完成機組設計定型之后，在具體安裝到風電場的時候，需要根據場址的環境條件，比如說它的風速、湍流、風切變等等環境條件進行復核，以及地質條件是否有地震，電網條件等等進行復核，來提高場址的適配性，來滿足場址條件下機組的安全性。剛才介紹了關于風電機組設計的環節或者是流程，我們現在實際項目中機組設計方面是遇到哪些問題？

首先就是一些新形勢帶來的新風險，因為中國風電發展得非常的快，伴隨機組大型化，輪轂中心越來越高，風輪直徑越來越大，新形勢應用會產生一些新的技術風險，比如說混塔的應用，因為現在高塔筒越來越多，柔塔、鋼塔和混塔是兩種臺架形式，隨著搶裝潮過去之后，混塔的應用也是逐年提升，但是混塔現在以認證角度來說，混塔一般都只是做單獨的設計評估，沒有進行獨立的型式測試，而且現在業主在采購混塔機組的時候，一般都是整機廠來提供整機機頭的設計，混塔廠家來提供混塔的設計，很難去做一體化的評估和測試，這些都可能會帶來后期是混塔應用中的風險。而且隨著混塔的高度越來越高，也的確遇到了一些像做漿料密實度不均勻，導致在水平縫區域發生裂縫，還有塔架脫落導致的混塔強度降低的問題。

第二點設計方面的問題，就是機組大型化以后帶來的風險，這些風險在于目前行業內缺少統一的認知，標準方面又存在缺失。所以對于大型化以后的，像長葉片的穩定性問題，大葉輪鋼塔的渦激振動的問題，包括大容量機組的傳動鏈的問題，這些都是近年來發生的失效事故，是有實際案例的。這些問題由于目前還處于研究階段，缺少一些實際的測試數據，還沒有提供比較成熟的或者是行業形成共識的解決辦法。

對于這種長葉片的穩定性問題，目前行業內主要的應對措施就是在吊裝階段對長葉片進行加網兜，來防止出現不穩定性問題，還有對于長葉片在運行期進行葉片加組，來提高它的穩定性。除了以上這些新技術新形勢帶來的風險以外，還有場址適配性不完善的問題，也是主要體現在三個方面，一個就是說在搶裝項目工期，還有低價競爭的壓力下，實際應用的機組和設計經過認證的機組有很多存在不一致的情況。

比如說塔架的高度一致，但是重量存在差異，葉片的長度一樣，葉形有不一樣的，這些都會導致實際應用的機組是沒有經過有效驗證測試的。另外一方面，整個項目為了最大化的去提高它的收益，都是以合規為底線，最大限度去降低機組的安全密度，這樣也是降低了機組安全的容錯率。

第三方面主要是在項目開發階段，由于項目的周期比較緊張，風資源的測試數據不充分，它測風的代表性不足，在復雜地形環境下，機組在定制化設計的時候，產生的不確定性就會比較大。當這些因素都疊加到一起的時候，就會產生場址適配性的問題。

我舉一個比較典型的例子，就是某一個風電項目在前期開發的時候，由于周期比較短，所以它采用的是虛擬測風塔的方式去進行的前期的測風，廠家又根據測風的結果進行了機組場址的定制化設計，而且它留的余度也比較小，在實際的后面機組項目投運之后也是因為收并購的項目，我們介入進去，然后開展這個項目的安全性評估，用實際的測風塔去測，測算了它20年的安全性工作，發現其中33臺機組有18臺機組，它的安全性不能滿足運行20年的要求，為了解決這個問題，也是后期采取了山區管理的策略，但是這樣就使這個項目后期的發電量會有損失，損失量大概有20%左右。所以這些問題如果在前期沒有很深入的去關注或者是解決，會造成后期的經濟損失。

設計方面的問題之后，就是在風電機組制造環節，因為制造一直是產品質量和安全的最主要的問題，通過剛才統計分析，我們也能看見不管是部件失效還是倒塔類的，都是由于制造環節的問題導致了最后的失效的發生，但是近幾年的產品迭代速度越來越快，而且供給不足也加劇了這一問題。

制造方面的問題主要是由于存在制造偏差，還有產品的質量穩定性不足方面導致的，這也是由于機型迭代比較快之后，制造工藝的設計沒有跟上，使得制造過程中很多應該由自動化或者是工藝解決的問題，靠人員的成熟度或者是制造工人的熟練度去彌補，但是這樣就會引入了人員失誤的概率，所以導致了最終質量的問題的發生。

制造問題的兩方面，一個就是人員操作的問題，它一直是制造環節最主要的問題。以葉片制造為例，它在合模早期的時候需要人工刮膠，但是工人在刮膠的時候可能會出現這種手抖手酸的情況停下來，使刮膠之后它氣泡進去導致空腔、缺膠的情況。這個問題現在通過工藝的改善，已經使用自動刮膠機來刮膠，保證刮膠的過程是連貫均勻的來解決了。后面還有關于主梁褶皺的問題，也是在前期的時候通過人工進行鋪層，由于疏忽就會導致鋪層不均勻不平順，使葉片的承載力下降，在這個位置后期在運行的時候就會發生葉片斷裂，現在也是通過工藝的改善解決了鋪層不均勻的問題。

還有關于制造工藝設計方面的問題，由于機型的迭代非常的快，很多新的部件、新的機型、新的翼型在設計出來之后沒有相應的制造工藝予以匹配，還在用之前老的工藝，舊的工藝去生產制造，這樣可能對新產品來說，就沒法按照設計要求去滿足它的制造強度，也是以葉片和塔架的制造為最主要的問題。除了制造的問題以外，在運輸過程中也可能會發生一些由于運輸方案設計不合理，或者是一些意外的交通事故，它的應對的措施不充分，導致了一些運輸問題。

主要的問題也是近期來發現，葉片越來越長以后，它的運輸過程中的工程夾具設計的不合理，導致多次的刮蹭，磕碰的問題。機組在吊裝過程中也會發也是呈現了比較多的問題，由于項目的周期比較緊張，項目施工的趕工壓力比較大，使人員疏忽誤操作的概率也提高了。

另外一個就是由于新機型，新的技術，新的產品在吊裝過程中會采用一些新的技術手段，這樣它有一些新增的人員，吊裝能力不足，吊裝經驗不充分，導致了吊裝過程中事故的發生，對于突發環境條件導致的吊裝上面的事故，多在海上的項目中遇到，主要是由于巨浪強風導致吊裝過程中的事故。

下一個環節就是吊裝完以后，風電機組進入生產運營階段，這個階段主要就是運維導致的一些失效，但是這個階段的失效往往不會突然產生一些突發性失效或者事故的情況，它主要是發現問題之后沒有進行及時的管控，沒有及時的整改，長年累月的去堆積在那里，導致了進一步的嚴重事故發生，所以運維階段發現的問題，如果能夠及時發現及時處理，往往能夠防止經濟損失的擴大。

最后就是關于風電機組運行環境的問題，運行環境主要分兩方面，一個是極端的環境條件和常規的環境條件導致的失效和事故的發生，極端的環境條件主要是在海上遇到的比較多，它主要是由于臺風、雷擊導致的失效。

近些年由于廠家也是推出了很多抗臺型的機型，抗臺的模式也是得到了充分的驗證，大大降低了臺風下風電機組的風險，常規的環境條件主要是針對20年的使用情況的問題，比如說年平均風速還有湍流度有沒有超過設計值，如果現場的年平均風速和湍流度超過設計值，沒有經過有效的復核，風電機組在運行了多年以后，就可能會出現這種塔架開裂，螺栓斷裂等等情況，所以應該在場址環境條件下，按照實際的環境條件對風電機組進行有效的復核。

以上就是總結了風電機組在各個環節主要的失效原因，我們也通過這些原因進行總結，來為中國風電未來的高質量的發展提出一些建議和解決方案。首先高質量的發展肯定是從設計中來的，因為風電機組的設計是它最基本，最核心管控風險的手段，但是風電機組的設計問題最關鍵的是驗證，風電機組它要通過從樣機設計到大批量生產，是比較漫長的驗證的過程。

所以我們建議整機廠商要根據行業的發展節奏，適度的控制產品的更新節奏，提前做好產品的規劃和銷售預測，適當拉長產品的銷售周期，從打造產品差異化入手，避免直接價格競爭，這樣咱們生產出來的產品或者是成型產品，都是能夠保證它的對于新風險新的技術形式，經過有效的測試驗證的。對于開發商企業來說，建議不要一味追求機組大型化，而是針對自身場址的環境條件來進行選取已經批量運行的，就是有實際測試的或者實際運行數據支撐的這種機型，作為主流機型。

同時在新產品的開發階段要嚴格按照這個部件測試，整機的型式測試，還有樣機風電場的實際測試，這種全方位測試驗證的流程來進行，這樣能夠及早發現新產品中的一些質量問題安全隱患，避免有問題的產品大批量的到天上，這樣能夠最大限度的減少產品驗證的成本，在實際的項目中發生，而是讓驗證成本發生在產品的生命前期，通過小批量到大批量驗證的流程，避免在實際項目中大量的去交學費，去進行改造，去修復。

同時要加強行業的合作，通過實際驗證的手段和制定標準規范的方法來推進，來保證這個產品質量的提升，使產品的迭代的速度慢下來。同時開發商企業應該也是按嚴格按照獲證的情況去確認現場機型的配置情況，它是否與認證經過實際測試的這些實際配置是一樣的。同時在現場的環境條件下，對實際應用的機型開展場址適配性的復核。

在制造環節我們建議是加強生產工藝的設計和過程的管控，提升風電行業可制造性的水平，通過工藝設計的提升來匹配它的新的產品形式和新的風險。并且關注這個行業內，由于制造環節發生的一些事故來更新它的生產工藝，提高它安全管控的手段。

同時高質量的發展也是從項目管理中來的，應該對整個項目的全過程進行風險管控，依據行界的失效案例建立失效數據庫，從設計、制造、運輸、安裝、運維等環節來識別新的風險，把新的風險的管控措施加到整個項目管理中去，同時針對不同的風險點，要給出相應的我們叫防火墻或者是管控措施，來避免一系列的風險點，最終導致比較惡性的事故故障來發生。

同時我們也是呼吁行業推進行業層面的事故及分析經驗的分享，因為新的技術不斷涌現，新的機型不斷出現，而且生產周期不斷縮短情況下，推進行業級別的事故及經驗分享，能夠避免同一個事故，同一個問題多次發生，這樣能夠使行業更加高效健康的發展。

所以我們也可以看出來安全生產的風險發生，往往不是某個環節發生問題導致的，而是由多個環節，整個鏈條上的一個貫通導致的最初風險源到最終意外事故的發生。而我們要是做好安全生產的風險管理，通過識別各個環節的風險點，把這個漏洞都堵上，就能夠避免最后的失效和事故的發生，整體的提高風電產品的一個質量和可靠性。所以總結一下，建議主要從三方面，它從設計中來，它從制造中來，它從項目管理中來，通過這三方面提高整體的風電產品的質量，提高行業的健康發展。

（根據演講速記整理，未經演講人審核）