我國風電規(guī)模化開發(fā)已近20年，早期吊裝的機組逐漸到達其設計年限，數(shù)據(jù)顯示，到2027年底將有累計超萬臺機組面臨退役，并且退役數(shù)量逐年上升。在雙碳戰(zhàn)略的大背景下，退役風電設備的處置引起多方關注，目前，“以大代小”技改、延壽、拆除與部件回用是行業(yè)討論的熱點，其核心命題是綠色環(huán)保、保障安全與充分利用部件價值。在8月24-25日召開的中國風電后市場交流合作大會上，來自鑒衡認證中心的解決方案副總監(jiān)孫少華，做了“風電場改造升級與退役回用安全性要點關注”的報告，以下為報告實錄：

各位領導、專家、同事：大家上午好。我的報告主要是針對到期服役老舊風電場，聚焦在風電機組和關鍵部件上。其中改造升級主要針對“以大代小”與換機頭的技改，退役回用主要考慮葉片等關鍵部件。

首先看一組數(shù)據(jù)，未來我國每年超過設計壽命20年的風電機組數(shù)量，2002年裝機，到2022年到期服役的數(shù)量是109臺，這一數(shù)字到2027年將躍升到5000多臺；至2027年底，將有累計超一萬臺的風電進組面臨退役，總裝機容量大概在580萬千瓦；2028年起每年的退役臺數(shù)將達到萬臺規(guī)模。

分析2002年到2007年間的裝機（即2022年至2027到期機組），可以看出這五年都是以1MW以下裝機為主，總裝機容量320萬左右。再對1MW以下機組的風輪直徑進行分段統(tǒng)計，基本上都是在60m以下，占比最多的是52m，大概在29%。而經(jīng)過近20年的發(fā)展，如今的平均風輪直徑已超過150m達到原來的3倍。

國家政策鼓勵上大壓小，老舊風電場改造升級階段安裝大兆瓦的機組，帶來發(fā)電量的同時，也引入了新的技術風險，我們需要引起關注。

1、風電場退役實施流程

首先看退役拆除的實施流程，面臨到期退役的風電場，一個必要的環(huán)節(jié)就是對風電場的后續(xù)規(guī)劃做決策，是拆除后還原到原始生態(tài)，還是等容更新或增容更新，或者開展換機頭類的技改，或者延壽等等。決策之后就是拆除了，在日趨嚴格的安監(jiān)政策和環(huán)保政策下，拆除過程中要保證安全拆除和綠色拆除。拆除之后面臨兩個問題，拆除下來的部件，去向如何，拆除后的風電場按照決策如何開展后續(xù)建設。

我們在這里重點討論“以大代小”更新升級和換機頭的技改方式，聚焦在風電機組的安全性。

2、以大代小改造升級

針對“以大代小”更新升級的安全性，僅從機組的角度來說，這些高塔筒和長葉片，跟裝新建風電場的裝機沒有任何區(qū)別，但是高塔筒、大風輪、長葉片帶來的風險不容忽視。在這里介紹6個關注方面——場址適應性、尾流效應、塔筒共振、長葉片吊裝和顫振、控制保護系統(tǒng)的閾值、混塔的現(xiàn)場澆筑。

場址適應性

場址適應性是老舊機組拆除之后，新機組安裝前保障安全性必不可少的一個環(huán)節(jié)。場址適應性評估中，首先要保證供貨的新裝機組和認證中的設計一致，這是基本條件，出現(xiàn)不一致，比如塔筒，那么意味著之前的設計資料是不可用的。其次要考慮場內(nèi)機組的排布，如果出現(xiàn)部分機組拆除其余部分保留的情況，要重點考慮尾流的影響，還有一種情況在新建風電場主風向上游可能同樣會更新建設新的風電場，那么還需要從大區(qū)域的角度來分析尾流的影響，尤其是對發(fā)電量的影響，避免出現(xiàn)低效風電場。一致性和風資源都是風電機組壽命分析的輸入，進一步地開展載荷分析以證明低于設計載荷，滿足壽命要求，另外還要結(jié)合場址的特殊環(huán)境條件、如高原、低溫、臺風等等，開展匹配性的評估工作。

塔筒的共振和渦激振動

2017、2018年以后高柔塔開展批量的裝機，高柔塔的風險在于1P共振（風輪旋轉(zhuǎn)1P和塔架一階固有頻率的存在交點，也就是共振點），機組設計中基本都會有共振穿越的策略，可以快速穿過共振點，但是穿越的效果、穿越時間和控制響應需要去驗證；其次是渦激振動，塔架的一階、二階渦激振動，一般發(fā)生在吊裝和長時間停機狀態(tài)下，以前塔筒多用鋼塔，塔架頻率高，渦激振動對應的臨界風速比較高，很難發(fā)生，隨著塔筒增高，塔架頻率降低，臨界風速比較低，一階渦激振動臨界風速可能就是5-6m，二階渦激振動的臨界風速大概的范圍是十幾米到二十幾米，那么高柔塔發(fā)生渦激振動就比較常見了。另外，除了肉眼可見的極限破壞，還要考慮渦激振動對機組的疲勞損傷，不管是設計時還是放到場址上。最后需要關注抗渦的措施，尤其是在吊裝階段和斷電停機檢修期間，要有對應的抗渦措施，吊裝階段通常采用纏繞擾流條的方式進行破渦，規(guī)避共振，長時間檢修時候各家有自己的抗渦措施，但是要保證它的有效性。

長葉片重點關注吊裝和顫振問題

近來多發(fā)葉片失效的情況，通過分析，主要是吊裝期間沒有在吊點位置做好葉片的防護，運行一段時間后發(fā)生斷裂失效等問題。所以在吊裝手冊中一定要明確吊點、護板的使用，做好技術交底。另一個葉片顫振問題，類似于塔架的渦激振動，往往會對葉片造成一定的損傷，葉片顫振主要是葉片氣彈不穩(wěn)定的問題，葉片和流場組成了一個復雜的流-固耦合系統(tǒng)，目前對這個問題的研究還不夠深入，存在認識不足的問題，需要各方開展深入的基礎研究工作，并且在實際工程中設計出能夠抑制葉片顫振的具體措施。

控制保護閾值的設計

對高塔架和大葉輪機組，這個非常重要，毋庸置疑，尤其是振動的保護閾值，關注定值和濾波時間，保護閾值設計的過大，起不到保護作用，出現(xiàn)“應停未停，應停晚停”的情況，遇到緊急事件時，不能做到快速收槳，容易出現(xiàn)嚴重的事故；設計的過小，又容易停機，所以這個閾值的合理性需要慎重的設計和實施，其他保護閾值也是相同的道理。

混塔的生產(chǎn)質(zhì)量

對于現(xiàn)場澆筑的混凝土質(zhì)量要重點關注它的密實度，還有本身的垂直度以及混塔與鋼塔之間的垂直度。

換機頭技改

對于有些機組可能會開展換機頭技改，從風險的角度，也需要考慮適應性問題，針對機頭的適應性。這種技改方式通常會增加一節(jié)塔筒，用于過渡機頭和原來塔筒的安裝，組成這個新塔筒后還需要考慮原來運行期的損傷和剩余壽命期的載荷，來分析新塔筒的結(jié)構(gòu)強度。另外就是基礎的強度，如果出現(xiàn)載荷超限的情況，還需要做加固或者其他方式保證安全性。

3、大部件退役回用

無論是綠色拆除，還是升級改造，對于拆下來的設備，都應該進行分析和評估，對于有價值的部分，應充分評估，發(fā)揮其最大價值，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈綠色閉環(huán)。分析的流程首先經(jīng)過一些檢查體檢和壽命評估，存在再利用的基礎，之后再做價值和價格的估算，流入市場后在新的風電場要提前開展適應性的分析，使用之后開展一些必要的監(jiān)測。

在這里主要介紹四個關鍵大部件的回用分析相關的內(nèi)容，涉及到葉片、軸承、齒輪箱、發(fā)電機，目前鑒衡正在對《風力發(fā)電機組大部件回用和再制造流通評價方法》進行研究，完成后擇時發(fā)布。

葉片回用

葉片經(jīng)過多年運行可能會出現(xiàn)各種各樣的問題，如前緣磨損，后緣開裂，層間褶皺等等。對退下來的葉片首先要開展內(nèi)外部以及層間的檢查，出現(xiàn)問題及時維修損傷。檢查手段包含目視、無人機、超聲探傷等。完成初始評估后，還需要對葉片的壽命損耗進行分析，論證還有多少年的壽命。如果具備流通的條件，放入其他風電場繼續(xù)使用。一般來說，如果未來使用的機組型號是一樣的，配置一樣的，那么直接使用該葉片，關注其壽命就可以。如果用到其他的機組型號，比如現(xiàn)在常見的階梯換葉片，將長葉片用在短葉片的機組上，那么就需要重新考慮技改后機組的適應性和安全性了。

軸承

多年運行后，可能會出現(xiàn)滾道磨損、疲勞剝落、滾子劃痕等損傷。退役下來之后，要重點檢查密封圈、油脂、游隙、內(nèi)外圈跳動等，檢查手段有目視、化驗、檢測和測量。壽命評估和適應性與葉片部件類似。

齒輪箱

往往會出現(xiàn)內(nèi)部磨損、濾芯失效、微點蝕、齒面膠合、靜止壓痕、斷齒等問題，退役之后要用內(nèi)窺鏡開展外觀與內(nèi)部檢查、冷卻系統(tǒng)檢查等，此外還應開展油樣檢驗、對運行的的振動數(shù)據(jù)進行分析。

發(fā)電機

作為電氣部件，有可能會出現(xiàn)碳化、磨損以及掃膛等嚴重的損傷，退役后在再利用的時候，需要重點對機械與電氣、絕緣電阻、發(fā)電性能參數(shù)進行檢查與檢驗，最好是能夠重新做一次型式試驗，比如電阻的測試、振動測定等等，證明其可用性。

4、總結(jié)與建議

針對改造升級，我們建議一定要開展全面的適應性評估，載荷壽命等等，這個工作不可或缺，現(xiàn)在的對于大風輪、長葉片，一定充分識別評估改造升級后引入的風險，比如此前我們遇到的葉片顫振問題。

對于退役回用這個環(huán)節(jié)，建議退役大部件經(jīng)過專業(yè)機構(gòu)開展全面健康狀態(tài)檢查與壽命評估，重點識別隱性損傷，避免出現(xiàn)設備吊裝之后出現(xiàn)大的問題，嚴重影響經(jīng)濟效益。相關評估工作要以顯性的憑證方式參與市場交易與流通環(huán)節(jié)中，讓這些退役的部件充分發(fā)揮其使用價值，做到物盡其用。

最后，風電退役領域應盡快完成拆除、改造、回用等行業(yè)標準建立，建立健全規(guī)范的后市場服務平臺，推動風電產(chǎn)業(yè)真正實現(xiàn)綠色發(fā)展閉環(huán)。 謝謝大家。