近年来风电事故数量明显增加,正在对风电发展产生不利影响。笔者在最近举行的北京风能展上认真聆听了几个相关论坛,大咖们的演讲非常精彩,并且全部直面问题,分析了内在原因,也给出了一些可行的解决方案。下面是一些大咖发言的精粹:
从研发到样机到产业化的过程,近几年时间比过去差不多缩短了三分之一。要更严谨地去用IPD流程,让研发能够尽量保证一次做对。能够用比较完整的实验检测的装置,去校验数字孪生数据模型。另外就是通过与客户协同,可以尽早地让样机在应用场景上验证,包括自己投实验风电场。要与供应链之间开放创新,会对质量改善起到非常大的提升。
国内10MW级别机组,230m叶轮直径的发电量,跟200m叶轮直径的差不多。但所有评标规则看这个的时候,200m叶轮直径肯定中不了标。现在把叶片做得也越来越窄,柔性叶片,扫风是比较弱的,风险也提升了,容易断,发电效率差,但是客户喜欢。
中国风电是站在巨人的肩膀上在发展,欧美帮我们走了很长的一段,我们一直在跟随,现在我们超越他们了,我们应该怎么做?如何从制造变成创造?不管是技术标准,还是这么大的风机如何去整合,已经没有经验可学了,所以现在的质量问题,是我们已经进入到无人区,很多认知需要我们自己去走,这是一个测试验证的过程。中国很多事情都希望把测试验证和批量应用结合在一起,这就是在新的技术状态、新的产品概念还没有全盘系统进行测试验证,甚至小批量测试验证,就进入到市场。
风机它是一个非常复杂的系统,机、电、控它是多学科的,所以在不断的增大变长的时候,很多的技术是要去更多的验证,不仅仅是我们所说的验证,验证是可以用理论方式去做的,很多是要实际做的,物理试验,到现场才能有,所以我们要看的是目前的风机在我们推出大型化和更高的时候,我们要知道我们的技术是不是完整的走完了自然规律需要验证的过程。
我感觉中国风电产业在大型化过程当中失去了本心,风机不断大型化的目的是降低度电,但降低度电成本把叶片做长、把功率做大并不是唯一的路径。通过分析可以发现,在现有的硬件约束范围内,因为道路的宽度、高度、设备重量都有实实在在的约束,现有约束边界范围内,我们可以把不是那么长的叶片,其性能做到最优,可靠性做到最优,发电量可以比220m、230m叶片更优。反而大大降低了生产制造、运输、吊装的不确定性风险,同时全生命周期的发电量和收益率将会大幅度提高。
我们全新发布的机型,就是把行业和自己的产品所有历史失效,包括在测试台发现的所有失效,通过测试台架做多次的,直接把这个部件跑到坏,而不只是跑完20年、25年的寿命为止。跑坏一次我们认为还不够,还要跑坏多次。当把一个部件持续测试到坏,测试多次时发现,它的短板往往是不一样的。而且这个短板与设计计算理论仿真的短板,往往存在差异。我们在风场失效很多部件,回过头来发现和实际设计仿真发现的短板也不是完全能够匹配。所以也就要求我们能够通过现场的失效、通过测试台的失效不断修正设计理论的模型。
我们发现很多现场的失效在最终落地的时候,往往要落地到现场执行的层面。比如生产制造加工的材料,如何控制材料的纯净度,如何控制热处理的每一道工序,需要把每一段环节落实好,才能把产品质量稳定好。
其实质量问题不是今天才发现的,也不是哪一个企业才发现的,各个企业在运营过程中,因为不同的风场,不同的场景都有。但这几年为什么体现特别多?跟我们国家风电装得特别多、特别大有关系。因为如果你装就一台,发生风险的可能性基本没有,但是你要装一万台,犯错的可能性、出事的概率一下就上来了。
在内卷式竞争过程中,有一些质量要求降低了。其实在一定程度上,我们原来给风机留的风险余度是比较大的,那是因为没有把握,特别是制造商都仿造国外的。哪一个风机出了问题,当时觉得是要命的,这个制造企业就垮台了。但是这几年出问题多了以后,各个制造企业也好,投资企业也好,对质量事故就没那么重视了,好像事故就成了家常便饭,习以为常了,这也是很大的原因。
发电企业也要重视这个问题。在制造过程中和建设过程中都要注意质量问题。倒塔、叶片断裂,有的是制造的问题,有的不是,是建设过程中的问题。就像我们坐波音飞机,波音飞机出多少事故大家肯定知道,风机也是这样的。不仅是风电、水电、火电都存在同样的问题,在前进过程中会有挫折,但前进的步伐不会停。
整个行业大规模爆发之后,整个产业链天翻地覆的变化,光系统可靠性或者系统最优,已经不能保证企业的发展了,可能就要考虑到客户,去保证风电场整个系统安全、可靠、低成本、LCOE最佳。在这种情况下,开发商胆子越来越大了,制造商胆子越来越小。因为面临各种场景变化,很多是超出我们认知范围之外的,比如说陆上的负切变、大湍流、极端风速。这些新情况的出现,使原来那一套方法和规则都失效了。很多原来的设计方法、认证的规则,在新的场景和新的机型下,已经不能完全覆盖,就出现了很多认知风险。
商业模式变化了。设计者认为,一个好风机就会是一个商业上的好产品,其实最大的矛盾是在于,这两点它是不重合的。所以我们往往在创新中,出现这样的纠结:是成本再低一点,还是再多点发电量,还是在可靠性加点砝码。因为它是个不可能三角形,不是六边形战士。所以最关键的是,价值观要一致,只有等到上下价值观一致后,相信哪怕是高强度的竞争,也会是良性竞争。
我们以前做风机,都有国外的样板,有成功案例,照着这样的思路去做。现在在中国遇到的问题,是在国外没有遇到过的。有一些要靠工程技术去解决,有一些要靠基础理论去解决,所以现在我们强调基础理论上要做突破,并且还要闭环,要验证。在工程技术上,也要做各种闭环,包括子系统与整机的各类验证和闭环。
回过头来想,我们为什么从20年前到现在一直用一个简化的湍流模型去设计风机。二十年前整个仿真技术不够发达,算力不够,必须要用简化模型才能满足工程需要,否则高精度算不出来,迭代速度特别慢。包括最开始实验测试技术也不够好,很多测试没法做,风机运行的数量也不够多,没法反过来做新方法的升级。但现在其他行业仿真技术都在突飞猛进发展,算力也在不断提升,所以目前我们完全有条件对风机设计进行升级。
整个行业要有战略定力,稳步遵循科学规律,从样机到小批量、到大批量,它有一个发展过程。我们要尊重科学规律,给一个新机型,大型化机型充分时间进行小批量到大批量的验证,避免一些可靠性问题的发生。
一些新机型,我认为从工程角度来讲是可以做到的,但是从技术角度来讲依然面临很多不确定的问题。比如最近几年发生了不少批量性的叶片损伤事故,批量塔筒损伤事故,已经引起了社会上的很多质疑,认为风电装备怎么这么不安全。特别是这几年推动了千乡万村驭风活动,风机离居民越来越近,大家对产品可靠性与稳定性提出了很多的问题,因为看到了大量倒塔、叶片断裂的新闻。我们如果不集中解决好这些问题,会给未来发展带来很多麻烦。
随着装机量不断上升,事故的绝对量确实在不断上升,这跟我们平时感受到风电不断出现事故相关的新闻是相似的。但从整个比例上看,并没有一个突变或者激增。至少从我们现在掌握的数据看,整个风电行业的安全性,包括可靠性,目前是可控的。
从比例上来看,事故中有62%为部件失效,18%是倒塔。这18%不代表整个行业,大部分是由鉴衡做事故分析的样本,基本都是一些疑难杂症,或者分歧比较大的。所以这个比例肯定比真实比例低。部件失效中,叶片失效占44%,接近一半。所以现在叶片可能是风电行业比较头大的部件,相对其它部件,它的人工参与度相对比较高。近五、六年,塔桶本身失效或者倒塔,发现是制造层面存在严重问题。这个与我国制定“3060”目标后,各种资本与企业进入市场,虽然老牌制造企业还保持了原有水平,但整体制造质量有所下滑。
海上与陆上不太一样。机组设计质量问题占比较大,尤其是大型化,比如主轴的一些问题,发电机的问题。以前传动链比较刚性的时候不需要考虑的问题,在大型化后,一些设计上的不足就慢慢显现出来。
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