华能清洁能源技术研究院蔡安民:尊重技术和市场的发展规律,技术创新并非一蹴而就

能见App 2023年10月20日 5174

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见APP全程直播本次大会。

在10月18日上午举办的风电机组可靠性论坛上,中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司风电改造部主任蔡安民发表了题为《风电机组倒塔根因分析及风险防控》的主题演讲。

以下为发言全文:

各位领导,各位同仁,大家上午好。本次风能大会于昨天发布了全球风电产业链供应链安全宣言,提了5条倡议,其中有一条倡议是提高透明度和可追溯性,确保产品质量,降低风险。

我想咱们今天这个论坛,所有参与论坛的同志都是来关注整个行业的高质量发展,也是为了实现全球的产业链,供应链的安全。我想分享的主题是风电机组倒塔根因分析及风险防控,分为三个方面,实际案例,根因分析及风险防控。

先来看实际案例,这里这里我做了一个简单的统计,这是所有对外公开的渠道,媒体渠道都可以查询到的事故。这里大家可以看到40来起,但实际上远远应该是多于这些统计数据的。

第二个我们直奔主题根因分析。从运营商的角度,实际遇到的一些具体的问题,从技术的角度以及管理的角度来找根因。这是事故的统计,可以看到从时间上来看,在2020年抢装潮之后是爆发,主流的厂商以及主流的开发商几乎是无一幸免。管理学上有一个理论叫做冰山理论或者叫冰山效应,我们往往看到事情的现象或者是本质只是看到了一小部分,冰山下面巨大的冰山,它的力量是足够大的,可以把泰坦尼克号都撞沉,如果我们不正视这些问题,不去采取相应的措施,我们整个中国风电行业也是一艘巨轮,也就有可能会成为下一个泰坦尼克号。

经过近10年的发展,大家看一下这两张图,单机容量从1.5兆瓦快速的发展到目前陆上机组主流投标机型6兆瓦7兆瓦,海上机组肯定12兆瓦以上。大型化速度非常快,同时价格在2020年到一个高点之后快速下降。在单机容量、叶片长度、塔筒高度快速变大、变高、变长的背景下,但是我们的开发周期变短了。我们的供应链技术在1.5兆瓦和2兆瓦的基础上,1.5兆瓦2兆瓦欧洲人给我们交了太多的学费,他们给我们奠定了良好的基础。我们现在发展到6兆瓦7兆瓦,但是我们的开发周期反而变短了。

我们接着原因分析,这里更多是从技术的角度,我们通常在讨论为什么会出现这个问题,大家会说那是外部原因,由于补贴退坡或者是在补贴退坡的背景下低价的竞争,我们归类为叶片、高柔塔、控制系统保护失效等等,归类了7个方面的原因。

首先看这两年最典型诱发倒塌的事故,或者说大家最关注的事故,诱发倒塔的叶片扫塔,目前很多集团内部有一些平原区域的高切变的风场,为了避免扫塔,厂家提前收桨,固定收桨一度,有的地方收两度,这一度可能损失3%以上的电量,这是我说一个直接的结果。在大切变大湍流,我们的设计余量不足,叶片降本,同时我们新技术,净空控制采用了新的技术,为了降低叶片的重量,净空控制新技术应用,但这项技术并不是太成熟。

第二个是倒塔,这个是批次性的质量事故,也是在甘肃、广西两个风场发生了,最后调研设计余量都不能满足要求。高柔塔目前为了降低成本,那么大家可以说大部分在110米120米以上都采用高柔塔,高柔塔可以降低重量大概跌20%,跌20%质量下降的情况下,对我们的技术其实带来了更大的挑战。我们技术要精细化。实际上这项技术应该是可以能够产业化的,但实际技术上控制要求更高,在这种技术没有做得更精细的情况下,就容易导致涡激振动结构失效,或者说共振点穿越失效,或者是涡激振动。

还有控制系统保护失效,通常的话我们专业控制的频率参数设置不合理,不一定会发生共振的放大,但是在长时间会加速疲劳或坏,而导致结构失效。右下角的这个图大家可以看到控制好的和控制不好的,红色就是控制好的,穿越控制载荷是要远远小于黑色的。第二个方面就涡激振动失效,这个也是在吊装、停机、电网断电等情况下,我们有没有做精细化的抗涡激振动的策略及措施,涡激振动是通过圆柱体左右两边产生不对称的漩涡,这个会产生横断力,横断力脱落的过程中有一个固有频率,跟塔筒的频率如果耦合,就会产生结构失效。

第三个原因是雷击,现在国内所有的机组的设计都源自于欧洲的标准,雷击现在主要引发的一个是失火,一个可能是叶片折断或者说损伤,主要的原因是这个标准不能满足,我们直接引用别人的标准,可能不能满足国内的雷电环境的要求。

接下来运维,这是一个典型的事故,是18年发生的,网上都有对外的公开事务的报告,这个事件的直接原因是定检维护人员严重违规操作,手动变桨模式下,在三只桨叶前开的状态下,对机组进行了复位的操作,这个瞬间就倒塔了。表面来看,可能是运维人员有一些直接方面的原因,但更深层次的本质原因是我们的基础设计,早期设计,在买设计的过程中,其实很多一些新的技术并没有给中国人或者给到中国,或者我们自己设计经验不充分,经验不足,最本质上就是设计没有进行防坍设计,如果进行防坍设计,在手动变桨模式下进行防坍设计,这个问题就不会发生。

接下来是大切变、大湍流,目前我们的机组为了在不同环境条件下,一些开发难度越来越大的区域,尤其是高端流区域,我们为了捕获风资源,在一些原来可能不太好的地方我们也去开发,高切变是高塔筒应用,但是高切变原来的风轮直径是比较小的,原来的风轮直径可能就是100米以内,在高切片情况下,问题可能不会那么凸显。目前叶片接近200米,这样的一个高切变,而独立变桨技术成熟度目前在整个行业只是极个别厂家在掌握,可能一两个厂家掌握的成熟度比较高一些,也就是说在这种情况下,在高切变的条件下,导致的不平衡载荷是会引起扫塔或者其他的加速疲劳或坏,高端流会导致叶片驱动失速会加速疲劳。

接下来说一下质量问题,最根本的我想说两点,一点就是目前的降本很多都是停留在理论上的降本,或者停在纸面上的。实际上一个设计,一个产品闭环,它是要经过一系列的,要经过各个环节的验证,经过时间检验的。大家可以看一下我们华南集团的监督机构做的统计。在交付的时候,这是投标中标,中标之后签订合同之前统计的数据,大家看一下统计,这个数据看完之后是我感觉比较震惊的,而很多项目中标之后,可能赶上下半年年底就要抢装就要交付,可能研发周期到投标周期也就5~8个月,很多项目中标之后,认证还在同步做,但是马上又要交付。我们认证的作用就是测试验证提升可靠性,完成产品的设计优化和闭环。

在这种情况下可能很多产品都是带病,或者我们只是说从理论上把一些发现的问题,按道理是从认证的角度或者大设计的概念上,测试认证遇到问题完成优化之后,还要进行再次的验证和测试,而不是说根据测试验证中改了设计就一定能满足了,但我们第二环可能就没有做,产品就批量化推广。这个是制造工艺质量和施工质量,主要是和人、机、原、工、环密切相关,施工质量的混塔,这是比较典型的,更需要去引起重视和施工质量控制的。

质量问题的根因分析主要是有以下4个方面,第一个机型更新迭代过快,没有进行充分验证,就进行市场化推广应用。第二个供应链的成熟度偏低,我们以前开发一个产品可能至少16个月到18个月以上,当时的供应链是非常成熟非常稳定的,为什么我们近2年这么多问题,那是因为在4兆瓦3兆瓦以前,欧洲已经给我们打造好了一个稳定成熟可靠的供应链,当产品已经发展到单机容量6兆瓦以上,在这种情况下,供应链就没有成熟度,在没有成熟度的情况下,这个产品的迭代周期更快,因为在平价的背景下,我们需要更长的叶片,更大的机型,在这种背景下,这是供应链未得到充分的验证和技术沉淀,就去大批量推广,这个问题是必然要发生的。第三个是低价竞争。低价竞争驱动降本,技术创新很多时候标准也不是不能突破,但是是否经过充分验证的,没有充分验证就没有可靠性。第四是激进的技术创新,任何一项技术,任何工业产品,任何一个行业,它的技术创新是需要经过时间,技术创新肯定是有不确定性的,我们需要付出时间和金钱成本来充分验证,但是目前我们并没有按照这个规定来做。在缩短开发周期的情况下,可想而知可靠性肯定是急剧下降的,这是我从管理和技术上总结的4个方面的原因。

最后讲风险防控,风险防控分为两方面,存量机组、增量机组,刚才举例的甘肃倒塔事故,实际上如果我们把后期的新技术,防坍设计早就应用了,我们应用到存量基础上,这个事件肯定是不会发生的。也就是说一些新技术,更安全更可靠的设计理念,要应用到有些根本成本是非常低的,甚至是边际成本是0成本用到存量基础上,同时存量基础上遇到的一些问题和经验教训,我们要应用到增量机组的设计中去。

为什么我放了这张幻灯片在这里面,因为我现在发现整机厂家可能公司都是独立的,后端的问题在前端,就是这个也不是没有闭环,但是闭环的路径太长,时间太长,往往发生问题才去梳理,管理上我觉得所有的问题应该是要预判问题,就要提前去做相应的措施,才能规避问题,而不是发生问题再去做这个事。

对于存量机组要对事故复盘,要深入的检查整治,同时要应用监测技术和智能化技术。现在这两年的事故发生越来越多,可能大家也比较关注,监测或者是智能化更多的是要有针对性,具体的问题具体来制定方案。对于存量机组这里我还想提一个比较大的,凸显的问题。早期的1.5兆瓦机组和2兆瓦机组可靠性是非常高的,早期的机组,远程不能复位的故障也远程复位了,也没事,这些运维人员还是停留在这个理念上,对一些新的机组5兆6兆如果再这么干,发生问题的概率是显著增加的。比方说对变桨系统故障,偏航系统、传感器异常、安全链异常等等这些不可复位故障,是绝不允许带病复位。

另外大家比较关注的扫塔,我们也是做了很多个不同技术路线的样机测试,包括调研,主要是目前很多存量机组和增量机组,增量机组是为了降低叶片的重量降本,存量机组是因为已经发生了问题,我们要加装设备,目前从技术的成熟度和行业应用情况及成本三个方面考虑,调研结果是三线激光和视频净空相对是更可靠的净空控制方案,这个主要是用来防止叶片扫塔的一个技术。

对于增量机组,大家可以看到这个机型还是在变大,叶片还是在变长。昨天我在会场上我还问了做研发的同志,我说停下来了没有?他对我一笑,他说你懂的。其实我们很多技术人员也很无奈。因为发展了6兆瓦7兆瓦,我认为供应链要成熟,刚才宗川翔提到的一个产品的投放市场的周期,那个周期就是用来形成稳定、成熟、可靠的供应链周期。我们6兆瓦7兆瓦这个级别刚把产业链稍微成熟一点,又跑到8兆瓦10兆瓦,这个是很不理智的行为,至少从技术上来讲。所以我们建议一定要尊重技术和市场的发展规律,技术创新并非一蹴而就的,要加强整个测试验证和应用支撑,加强工程技术全过程管控。

最后提一点建议,我们要完善技术质量标准,从开发商的角度,对于事故要建立预防专项方案,同时要对事故进行深入的研究分析,对失效模式进行研究和分析,对存量机组要采取相应的针对性措施。刚才也提到原因,主机厂家是一方面,开发商是一方面,我们要优化这个评标方法,引导良性竞争,我们考虑就是要引导风险评价因子如何平衡,又要快速发展,又要高质量发展关系。第四要加强运维数据的分析,要体现数据的价值,用数据来指导前端的闭环,加强全过程的工程技术质量的管控,加强技术质量的复核和审查。

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

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