我国风电规模化开发【fā】已近20年，早期【qī】吊【diào】装的机【jī】组逐【zhú】渐到达其设计年【nián】限，数【shù】据【jù】显示，到2027年底【dǐ】将【jiāng】有累计超万【wàn】台机组【zǔ】面【miàn】临退役，并且【qiě】退役数量逐年【nián】上升。在双碳【tàn】战略【luè】的【de】大背景下，退役风电设备的处置引起多【duō】方关注，目【mù】前，“以大【dà】代小”技改、延寿、拆除【chú】与部件回用是行业【yè】讨论的【de】热点，其核心【xīn】命题【tí】是绿色环保、保障安全与充分【fèn】利用部件价值。在8月9-21日召【zhào】开的中国风电后市场交流合作大【dà】会上，来【lái】自【zì】鉴衡认证中心的【de】解决方案副总监孙少华【huá】，做【zuò】了“风电场改造升级与退役回用安全【quán】性要点【diǎn】关注”的报【bào】告，以下【xià】为报告实录：
各位【wèi】领【lǐng】导、专家【jiā】、同事【shì】：大【dà】家上午好。我的报告主要是针对到期服役老旧风【fēng】电【diàn】场，聚焦【jiāo】在【zài】风电机组和关键【jiàn】部件上【shàng】。其【qí】中改造升级【jí】主要针对“以大代【dài】小”与换机头的技改，退役回用主要考虑叶片【piàn】等关键部【bù】件。
首先看一组数据，未来我国每【měi】年超过设计【jì】寿命20年的风电机组数量【liàng】，2002年【nián】装机【jī】，到2022年到期【qī】服役【yì】的数【shù】量是109台，这一数字【zì】到2027年将【jiāng】跃升到5000多台；至2027年底【dǐ】，将有【yǒu】累【lèi】计超一万台的风电进组面临退役，总【zǒng】装机容【róng】量大概在580万千瓦；2028年起每年的退役台数将达到万台【tái】规模。
分【fèn】析2002年到2007年间的装机（即2022年至2027到期【qī】机组），可以【yǐ】看出【chū】这五年【nián】都【dōu】是以1MW以下装【zhuāng】机为主，总装【zhuāng】机容【róng】量320万左右。再对1MW以下机组的风轮直径进行分段统计，基【jī】本上都是在60m以下，占比最【zuì】多的是【shì】52m，大概在29%。而【ér】经【jīng】过近20年【nián】的【de】发展，如今的【de】平均风轮直径已超过150m达到原来【lái】的3倍。
国家政策鼓【gǔ】励【lì】上大【dà】压小，老旧风电场改造升级【jí】阶段安【ān】装大兆【zhào】瓦的机组，带【dài】来发电量的同时，也引入了新【xīn】的技术风险【xiǎn】，我们需要引起【qǐ】关注。
1、风电场退役实施流程
首【shǒu】先看退役拆除【chú】的实施流程，面临【lín】到【dào】期退役的【de】风电场，一个必【bì】要的环节就是对风电场的后续规【guī】划做决策，是拆除后还原到原始生态，还是等【děng】容更新【xīn】或【huò】增容【róng】更新，或者开展换机头【tóu】类的技【jì】改，或者延寿等【děng】等。决【jué】策之后就是拆【chāi】除【chú】了，在日趋严格的安监【jiān】政策和环【huán】保政策下【xià】，拆除过程【chéng】中要【yào】保证安全拆【chāi】除和【hé】绿色拆除。拆除之【zhī】后【hòu】面临两个问题，拆【chāi】除下来的部【bù】件，去向如何，拆除后的风电场按照【zhào】决策如何开展后续【xù】建设【shè】。
我们在这里重点讨论【lùn】“以大代小”更新升级【jí】和【hé】换机【jī】头的技改方【fāng】式，聚焦在风【fēng】电机组的安【ān】全性。
2、以大代小改造升级
针对“以大代小”更新升【shēng】级的安全性，仅从机组的角度来【lái】说，这些高塔筒和长【zhǎng】叶【yè】片，跟装新建风电【diàn】场【chǎng】的装机没有任何【hé】区【qū】别，但是【shì】高塔筒、大风【fēng】轮【lún】、长叶片带来【lái】的【de】风险不容【róng】忽视。在这里介绍6个关注方面【miàn】——场址【zhǐ】适应性【xìng】、尾流效应、塔筒【tǒng】共振、长叶【yè】片吊装和颤振、控制【zhì】保护系统的阈值、混塔的现【xiàn】场浇【jiāo】筑。
场址适应性
场址适应性是老旧机组拆除之后，新【xīn】机组安装前【qián】保【bǎo】障【zhàng】安全【quán】性必不可少的一个环节。场址适应性评估中，首【shǒu】先要保证供货【huò】的新装机组和认【rèn】证【zhèng】中的设计一致，这是基本条件，出现不一致，比如【rú】塔筒【tǒng】，那么意味着之前的设计资料是不【bú】可用【yòng】的。其次要【yào】考虑场【chǎng】内【nèi】机组的排布，如果【guǒ】出现部【bù】分机组拆除其余部分保留的【de】情况，要重【chóng】点考虑尾流的影响【xiǎng】，还【hái】有一种情【qíng】况在新建风电场主风向上游可能同【tóng】样【yàng】会更新建设【shè】新【xīn】的【de】风【fēng】电【diàn】场，那么还需要从大【dà】区域的角度来【lái】分析尾流的影响，尤其是【shì】对发电量的影响，避免【miǎn】出现低效风【fēng】电场。一致性和风【fēng】资源都是风电机【jī】组寿命分析的输入，进【jìn】一步地开展载荷分析以证【zhèng】明低于设【shè】计载荷，满足寿【shòu】命要求，另外还【hái】要结合场【chǎng】址的特殊环【huán】境【jìng】条【tiáo】件【jiàn】、如高原、低【dī】温、台风等等，开展匹配性的评估【gū】工作【zuò】。
塔筒的共振和涡激振动
2017、2018年【nián】以后高柔塔开展批量【liàng】的【de】装机，高柔塔【tǎ】的风险在【zài】于1P共【gòng】振【zhèn】（风【fēng】轮旋【xuán】转1P和塔架一【yī】阶固有【yǒu】频率【lǜ】的存在交【jiāo】点，也就是共振点），机组【zǔ】设计中基本都会有【yǒu】共振穿越【yuè】的策略【luè】，可以快速穿过【guò】共振点，但是穿越的【de】效果、穿越时间和控制响应【yīng】需要去验证；其次【cì】是【shì】涡【wō】激振动，塔架的一阶【jiē】、二阶涡激振动，一般发生在吊装和长时【shí】间停机状态下【xià】，以前塔【tǎ】筒多用钢塔，塔【tǎ】架频【pín】率【lǜ】高【gāo】，涡激振【zhèn】动对应的临界风【fēng】速比较高，很难发【fā】生，随【suí】着塔筒增高【gāo】，塔架频率降低，临界风速比较【jiào】低，一【yī】阶涡激振动临界风【fēng】速可能就是5-6m，二阶【jiē】涡【wō】激振动的临界风速大概的【de】范【fàn】围是【shì】十几米到二十几米，那么高柔【róu】塔发生【shēng】涡激振动就比较常见了。另外【wài】，除了肉眼可【kě】见【jiàn】的极限破坏，还要考虑涡激振【zhèn】动对机组的疲劳损伤，不管是设计时还是放到场【chǎng】址上。最后需要【yào】关注抗涡的措施，尤其是在【zài】吊装阶段和断电停机【jī】检修期间，要有对【duì】应【yīng】的抗涡措施，吊装阶段通常采用缠绕扰【rǎo】流【liú】条的【de】方式进行破涡，规避共【gòng】振【zhèn】，长时间检修时候【hòu】各家有自己的抗涡措【cuò】施，但是【shì】要保证它的有效【xiào】性。
长叶片重点关注吊装和颤振问题
近【jìn】来多发【fā】叶片失效的情【qíng】况，通过分析【xī】，主【zhǔ】要是吊【diào】装期间没有在吊点位【wèi】置做好叶片的【de】防护，运行【háng】一【yī】段【duàn】时间【jiān】后发生【shēng】断裂失效等问题。所【suǒ】以在吊【diào】装【zhuāng】手册中【zhōng】一定要【yào】明确吊【diào】点、护板的使用【yòng】，做好技术交底【dǐ】。另一个叶片颤【chàn】振问题，类【lèi】似于塔【tǎ】架的涡激振动，往【wǎng】往会对叶片造成一定的损伤，叶片颤振主要是叶片气弹不稳【wěn】定的问题，叶片和流场组成了【le】一个复杂的【de】流-固【gù】耦合系统，目前对这个问题【tí】的【de】研究还不够深入，存【cún】在【zài】认识不足的问题，需【xū】要各方开【kāi】展深入的【de】基础研究工【gōng】作，并【bìng】且在实际【jì】工程中设计出能够抑【yì】制叶片颤振的具体措施。
控制保护阈值的设计
对高塔架和大叶【yè】轮机【jī】组，这个非【fēi】常重要【yào】，毋庸置疑，尤其是振【zhèn】动的保【bǎo】护阈值，关注【zhù】定【dìng】值和滤波【bō】时间【jiān】，保护阈值设计的过【guò】大，起不到【dào】保护作用，出【chū】现“应停未停，应停晚停”的【de】情况，遇到紧【jǐn】急事件时，不【bú】能做到快【kuài】速【sù】收桨，容易【yì】出现严【yán】重的事故；设【shè】计的过小，又容易停机，所以这个【gè】阈值的合理性需要【yào】慎重【chóng】的设计【jì】和【hé】实施，其他保护阈值也是相同的道理。
混塔的生产质量
对于现场浇筑的【de】混凝土质【zhì】量要重点关注它的密【mì】实度【dù】，还有【yǒu】本身的【de】垂直【zhí】度以及混塔与钢塔之间的垂直【zhí】度。
换机头技改
对【duì】于有些【xiē】机【jī】组可能【néng】会开【kāi】展换机头技改，从风险的角度，也需要考【kǎo】虑【lǜ】适【shì】应性【xìng】问题，针【zhēn】对【duì】机头【tóu】的【de】适应性。这种【zhǒng】技改方式通常会增加一节塔筒，用于过渡机【jī】头和原【yuán】来塔筒的安装，组成【chéng】这个新塔筒后【hòu】还需要考虑原来运行期的损伤和剩余寿【shòu】命期的载荷，来分【fèn】析新塔筒的结构【gòu】强度。另【lìng】外就是基础的强度，如果出【chū】现载荷超限的【de】情况，还需【xū】要做加固或者其【qí】他【tā】方式保证安全性【xìng】。
3、大部件退役回用
无论是【shì】绿色拆除，还是升级改造，对于拆下来的设备，都【dōu】应该进行分析和评估【gū】，对于有【yǒu】价值的部分，应充分评【píng】估，发挥其最大价值，实现产业【yè】链绿色闭环【huán】。分析的流程首【shǒu】先经过一【yī】些检查【chá】体检和寿命评估，存在再利用【yòng】的基础，之后再做价值和价【jià】格的【de】估算【suàn】，流入【rù】市场后在【zài】新【xīn】的风电场要【yào】提【tí】前开展适应【yīng】性的分【fèn】析【xī】，使【shǐ】用之后开展一些必要的监【jiān】测。
在这里主要介绍四个关键大部【bù】件的回用分析相关的【de】内【nèi】容，涉及【jí】到【dào】叶片、轴承、齿轮箱、发电【diàn】机，目【mù】前鉴衡正【zhèng】在对《风【fēng】力发【fā】电机【jī】组大部件回【huí】用和再制造流通评价方法》进行研究，完【wán】成后择【zé】时发【fā】布。
叶片回用
叶片经过多年运行可能会【huì】出现各种各【gè】样的问题【tí】，如前【qián】缘磨损【sǔn】，后缘【yuán】开【kāi】裂【liè】，层【céng】间褶皱等等。对【duì】退下来的叶片首先要开展内外部以【yǐ】及【jí】层间【jiān】的检查，出现问【wèn】题及【jí】时维修损伤。检查手段包含目视、无人机、超声探伤等。完成初始评估后，还需【xū】要对叶【yè】片的寿【shòu】命损耗进行分析，论【lùn】证还有【yǒu】多少年的寿【shòu】命。如果具备流通的条件，放【fàng】入其他风【fēng】电场继续使用。一般来说【shuō】，如果未【wèi】来使【shǐ】用【yòng】的【de】机【jī】组【zǔ】型号是【shì】一样的，配置一样的，那么直接使用该【gāi】叶片【piàn】，关注其寿命就可以。如果【guǒ】用到其他的【de】机组【zǔ】型号，比如【rú】现在常见的阶梯换叶片，将长叶片用在短叶片的机组上，那【nà】么就需要重新考虑技改后【hòu】机组的适应性和安【ān】全性【xìng】了。
轴承
多年【nián】运行后，可能会出现滚道磨损、疲劳剥落、滚子【zǐ】划【huá】痕等损伤【shāng】。退【tuì】役下【xià】来之后，要重点检查密封圈、油脂、游隙、内外圈跳【tiào】动【dòng】等，检查手段有目视、化验、检测和测量【liàng】。寿命【mìng】评估和适应性与【yǔ】叶片部件类【lèi】似。
齿轮箱
往往【wǎng】会出现内部磨损、滤芯【xīn】失【shī】效、微点蚀、齿面胶合、静止压痕、断齿等问题，退役之后要用内窥镜开展外观与内部【bù】检查、冷却【què】系统检查【chá】等，此【cǐ】外还应【yīng】开展油样检验【yàn】、对运行【háng】的的振【zhèn】动数【shù】据进【jìn】行分【fèn】析。
发电机
作为电【diàn】气【qì】部件，有可能会【huì】出【chū】现【xiàn】碳化、磨损以及扫【sǎo】膛等严重的【de】损【sǔn】伤，退役后【hòu】在再【zài】利用的时候，需要重点对机【jī】械与电气、绝缘电阻、发电性能参【cān】数进【jìn】行【háng】检查与检验，最好【hǎo】是能够重新做一【yī】次型式试验，比如电阻的测试、振动测定等等，证【zhèng】明【míng】其可用性。
4、总结与建议
针对改造升级，我们建议【yì】一定要开展全面的适应性评估，载荷【hé】寿命等等，这个【gè】工作不可或缺【quē】，现【xiàn】在的【de】对于大风轮、长叶片，一定充【chōng】分识别评估改【gǎi】造【zào】升【shēng】级后引入的风险，比【bǐ】如此前我们遇到的叶片颤【chàn】振问题。
对于【yú】退【tuì】役回用【yòng】这个环节，建议退役【yì】大部【bù】件经【jīng】过专【zhuān】业【yè】机构开展全面健康【kāng】状态【tài】检查与寿命评估，重点识【shí】别隐性损伤【shāng】，避免出现设备吊装【zhuāng】之后出现大的问【wèn】题，严【yán】重影响经【jīng】济效益。相关评估工作要以显性的凭证方式参与市场交易与流通【tōng】环节中，让这些退【tuì】役的部【bù】件充【chōng】分发挥其使用【yòng】价值，做到物【wù】尽其用。
最【zuì】后，风电【diàn】退役领域应尽快完成拆除、改造、回【huí】用等【děng】行业【yè】标准建立，建【jiàn】立【lì】健【jiàn】全【quán】规范的【de】后市场服务平台，推动风电产业真正实现绿色发展闭环。 谢谢【xiè】大家【jiā】。
