我国【guó】风【fēng】电规模化【huà】开【kāi】发已近20年，早【zǎo】期【qī】吊装的机组逐【zhú】渐到达其设计年限，数据【jù】显示，到2027年【nián】底将有累计超万台机组面临【lín】退役，并且退【tuì】役【yì】数量逐年上升【shēng】。在双碳战略的大背景下，退役风电设备的处置引起多方关注【zhù】，目前，“以大代小”技改、延寿、拆【chāi】除与部件回用是行业讨论的热点，其核【hé】心命题【tí】是绿【lǜ】色环保、保障安【ān】全与充分利用部【bù】件价【jià】值。在8月9-21日召开的【de】中国风【fēng】电后市场交【jiāo】流【liú】合作大会上，来【lái】自鉴衡认证中心的【de】解决方【fāng】案【àn】副总监孙【sūn】少华，做了“风电场【chǎng】改造升【shēng】级与退役回用安全性要【yào】点关注【zhù】”的报告，以下为【wéi】报告实录：
各位领导、专【zhuān】家、同事：大家【jiā】上午好。我的【de】报告主要是【shì】针对到期服役老旧风电【diàn】场，聚焦在【zài】风电机组和关【guān】键部件上。其中改造【zào】升级主要针对“以大代【dài】小”与换机【jī】头的【de】技【jì】改，退役回用主要考虑叶片等关键【jiàn】部件【jiàn】。
首先【xiān】看一组数据【jù】，未来我国每年超【chāo】过【guò】设计寿命20年的风电机组数量，2002年【nián】装【zhuāng】机【jī】，到2022年到期服役的【de】数量是109台，这一数字【zì】到【dào】2027年【nián】将跃升到5000多台；至2027年【nián】底，将【jiāng】有累计【jì】超一万台的风电进组面临【lín】退役，总装机容量大概在【zài】580万【wàn】千瓦【wǎ】；2028年起每【měi】年的【de】退役台数将达到万台规模。
分析【xī】2002年【nián】到2007年间的装机（即2022年【nián】至【zhì】2027到期机组【zǔ】），可以看出这五年【nián】都是以1MW以下【xià】装机【jī】为主，总装【zhuāng】机容量320万左右。再对1MW以下机组【zǔ】的风轮直【zhí】径进行分段统计，基【jī】本上都是在60m以下【xià】，占比【bǐ】最【zuì】多的是52m，大概在【zài】29%。而经过【guò】近20年【nián】的发展，如今的平均风轮直径已【yǐ】超过150m达到原来【lái】的3倍。
国家政【zhèng】策【cè】鼓励【lì】上大压小，老旧风电场改【gǎi】造升【shēng】级阶段安装大兆【zhào】瓦的机组，带来【lái】发【fā】电量的同时，也引入【rù】了新的【de】技术风险，我们需要引起关注。
1、风电场退役实施流程
首先看【kàn】退役拆除的实施流【liú】程【chéng】，面临到期退役的风电场，一个【gè】必要的【de】环节就是对风电【diàn】场的后【hòu】续【xù】规划【huá】做决策，是拆除后还【hái】原【yuán】到【dào】原【yuán】始生态，还是等容更新或【huò】增容更新，或者【zhě】开展【zhǎn】换机头【tóu】类的技改，或者延【yán】寿【shòu】等等。决策之【zhī】后就是拆除了，在日【rì】趋严格的安监政策和【hé】环保政策下，拆除过程中要【yào】保证安全【quán】拆除和绿色拆除。拆除之后面【miàn】临【lín】两个问题【tí】，拆除【chú】下来【lái】的部件，去向如何，拆【chāi】除后的风电场按照决策如何开展后续建设【shè】。
我们【men】在这里重点讨论“以大代【dài】小【xiǎo】”更新升级和换【huàn】机头的技【jì】改方式，聚焦在风【fēng】电机组【zǔ】的安全性。
2、以大代小改造升级
针对“以大代小”更新升级【jí】的安全性【xìng】，仅从机组的角度来说，这些【xiē】高塔筒和长叶片，跟装新【xīn】建风电场的装机没有【yǒu】任何区别，但是高塔筒【tǒng】、大风【fēng】轮、长叶【yè】片带来的风险不容忽视。在这里介【jiè】绍6个【gè】关注方面——场址适应【yīng】性、尾流效应【yīng】、塔筒共振、长【zhǎng】叶【yè】片吊装【zhuāng】和【hé】颤【chàn】振、控制保【bǎo】护系统【tǒng】的阈【yù】值、混塔的【de】现场【chǎng】浇筑。
场址适应性
场址适应性是老【lǎo】旧【jiù】机组拆除之后【hòu】，新机组安装前保障安全性【xìng】必不【bú】可少的一个环节。场址适应性评【píng】估中，首先【xiān】要【yào】保证供货【huò】的新装机组【zǔ】和【hé】认证中的设计一致【zhì】，这是基本条件，出现【xiàn】不【bú】一致，比如塔筒，那么意味着之前【qián】的设计资料是【shì】不【bú】可用的。其【qí】次要【yào】考虑【lǜ】场【chǎng】内机【jī】组的【de】排布，如【rú】果出现部分机组【zǔ】拆除其余部分保留的情况，要重点考虑尾流的影【yǐng】响，还有一种情况在新建风电【diàn】场主风向上游可能同样会【huì】更新建设新的风电场，那么还需要从大区域【yù】的角度来分析尾流的【de】影响，尤其是【shì】对【duì】发【fā】电【diàn】量的影响，避【bì】免【miǎn】出现低效风电场。一【yī】致性和风资【zī】源都是【shì】风电【diàn】机组寿命分析【xī】的输入，进【jìn】一步地开展载【zǎi】荷【hé】分析【xī】以证明低【dī】于设【shè】计载荷，满足【zú】寿命【mìng】要求，另外还要结合场址【zhǐ】的特【tè】殊环境条件、如高【gāo】原、低温、台风等等，开展匹配性的评估工作。
塔筒的共振和涡激振动
2017、2018年以后高柔塔开展批【pī】量的【de】装机，高柔塔的【de】风【fēng】险在于1P共振（风轮旋转【zhuǎn】1P和塔架一【yī】阶固有频率的【de】存在【zài】交点【diǎn】，也就是共振点【diǎn】），机组【zǔ】设计中基本都会有【yǒu】共振穿越的策【cè】略，可以【yǐ】快速穿过共振点，但【dàn】是穿越的效果、穿越时间和控制响应【yīng】需要去验【yàn】证；其次是涡【wō】激【jī】振动，塔【tǎ】架的一阶、二阶涡【wō】激振动，一般发生在吊【diào】装和长时间停机【jī】状态下，以【yǐ】前塔筒多【duō】用钢塔，塔架【jià】频【pín】率高，涡激振【zhèn】动对应的【de】临界风速【sù】比较高，很难发生，随着塔筒增【zēng】高【gāo】，塔架频率降低【dī】，临界风【fēng】速比较低，一阶涡激振动临【lín】界风【fēng】速可能【néng】就是5-6m，二阶涡激振动【dòng】的【de】临界风速【sù】大【dà】概的范【fàn】围是十【shí】几米到二十几米，那么高柔【róu】塔发【fā】生涡【wō】激振动就比较常见了。另外，除了肉眼可见的【de】极限破坏，还【hái】要考虑涡激【jī】振动对机组的疲劳损伤，不管是设计【jì】时还是放到场址上。最后需【xū】要关【guān】注抗涡的措施，尤其是【shì】在吊【diào】装阶段和断电停机检修期间，要有【yǒu】对应的【de】抗【kàng】涡措施，吊装【zhuāng】阶段通常【cháng】采【cǎi】用缠绕扰流条【tiáo】的方式【shì】进【jìn】行破涡，规避共振，长时间检修时候【hòu】各家有自己的抗涡措施，但是【shì】要保证【zhèng】它的有效性。
长叶片重点关注吊装和颤振问题
近来多发叶片【piàn】失【shī】效的情况，通过分析，主要是吊装【zhuāng】期【qī】间没【méi】有在吊点位置做【zuò】好叶片的【de】防护，运行【háng】一段时间后发生断裂失【shī】效等问【wèn】题。所以在吊装手册中一【yī】定要明确吊点【diǎn】、护【hù】板的使用【yòng】，做好技术交底。另一个叶片颤振问【wèn】题，类似于塔架的涡【wō】激【jī】振动，往往【wǎng】会对叶片【piàn】造成【chéng】一定的损伤，叶片颤【chàn】振主【zhǔ】要【yào】是【shì】叶片气弹不稳定的问题，叶片【piàn】和流场组【zǔ】成了一个复杂的流-固耦合【hé】系统，目【mù】前对这个问题的研【yán】究还不够深入，存在【zài】认识不足的问题，需要各方开展深入的基【jī】础研究【jiū】工【gōng】作【zuò】，并且【qiě】在实际工程中设计出能够抑制叶片颤振的具体措施【shī】。
控制保护阈值的设计
对高【gāo】塔架和大叶轮机组，这【zhè】个非常重要，毋庸置疑，尤其是【shì】振动【dòng】的保护阈值，关注定【dìng】值和滤【lǜ】波时间，保【bǎo】护阈值设计【jì】的过大，起不到保护作用，出现“应停未停，应停晚停”的情况，遇到【dào】紧急事件时【shí】，不能做【zuò】到快速收桨，容易出现严重的事故；设【shè】计【jì】的过小，又容易停机【jī】，所以这【zhè】个阈值【zhí】的合理【lǐ】性需要慎重【chóng】的设计和实【shí】施，其他【tā】保护阈值也【yě】是相同的道理【lǐ】。
混塔的生产质量
对【duì】于现场浇筑【zhù】的混凝土质【zhì】量要重点【diǎn】关注它【tā】的【de】密实度，还【hái】有本身的垂直度以及【jí】混【hún】塔与钢塔之间的垂直度。
换机头技改
对于【yú】有些【xiē】机组可能会开展【zhǎn】换机头技改，从风险的角度，也需【xū】要考虑适应性问题，针对机【jī】头的适应性。这种技【jì】改方式通常会增加一【yī】节塔筒，用于过【guò】渡机头和【hé】原来塔筒【tǒng】的【de】安装，组成这个新塔筒【tǒng】后还【hái】需要考虑【lǜ】原来运行期【qī】的损伤和剩余寿命期【qī】的载【zǎi】荷，来分析【xī】新【xīn】塔【tǎ】筒的结构强【qiáng】度【dù】。另外就是基础的强度，如果出现载荷【hé】超限【xiàn】的情况，还需要做【zuò】加【jiā】固或者其他【tā】方式【shì】保证安全性。
3、大部件退役回用
无论是【shì】绿【lǜ】色拆除，还是升级改造，对于拆【chāi】下【xià】来的设【shè】备【bèi】，都应该进行分析和评估【gū】，对于【yú】有价值的【de】部分，应充分【fèn】评估，发挥其最大价值，实现产业链绿色闭环。分析的流【liú】程【chéng】首先经过一些检查体检和寿命评估，存【cún】在再利【lì】用的基础，之后再做【zuò】价值和价【jià】格的估【gū】算【suàn】，流入市场【chǎng】后【hòu】在新的【de】风电场要提前开展【zhǎn】适【shì】应性【xìng】的分析，使【shǐ】用之后开展一些必要的监测。
在【zài】这里主要介绍四个关键大部件的【de】回用分【fèn】析相关的内容，涉及【jí】到叶【yè】片、轴承、齿【chǐ】轮【lún】箱、发电机，目前鉴衡正在对《风力发【fā】电机组大部件回用【yòng】和再【zài】制造流通【tōng】评价【jià】方法》进行研究，完成后【hòu】择时发布。
叶片回用
叶片经过【guò】多年运行【háng】可能会出现各种各样的【de】问题，如前缘磨损【sǔn】，后缘开【kāi】裂，层间褶皱等等。对退下来的叶片首【shǒu】先要开展内外部以及层间的【de】检【jiǎn】查，出【chū】现问题及时维修损伤。检【jiǎn】查手【shǒu】段【duàn】包【bāo】含【hán】目【mù】视、无人机、超声【shēng】探伤等。完【wán】成初始评估【gū】后，还【hái】需【xū】要对叶片的寿命【mìng】损耗进【jìn】行分析【xī】，论证还有多【duō】少年的寿命。如果具备流通的条件，放入其【qí】他风【fēng】电场继续使用。一般来【lái】说，如果未【wèi】来使【shǐ】用的机组型号是一【yī】样的，配置一样的【de】，那么【me】直接使用该【gāi】叶片，关注【zhù】其寿【shòu】命就可以。如【rú】果用到其他的机组型号，比如【rú】现在【zài】常见的【de】阶梯【tī】换叶片，将【jiāng】长叶片用在短叶【yè】片的机【jī】组上，那么就需要重新考虑【lǜ】技改后机组的适应【yīng】性和安全性了。
轴承
多年【nián】运行后，可能会【huì】出【chū】现【xiàn】滚道磨损、疲劳剥落、滚子划痕等损伤【shāng】。退役下【xià】来之后，要重【chóng】点【diǎn】检查密封圈、油脂、游隙、内【nèi】外圈跳【tiào】动等，检查【chá】手段有目视【shì】、化【huà】验【yàn】、检测和测量。寿【shòu】命评估和适应性与【yǔ】叶片部件类似。
齿轮箱
往【wǎng】往会【huì】出【chū】现内部【bù】磨【mó】损、滤芯失效、微点蚀、齿面胶合、静止压【yā】痕、断齿等问【wèn】题，退役【yì】之后要用内窥镜【jìng】开展外观与内部检【jiǎn】查、冷却系统【tǒng】检查等【děng】，此外还应开展油样检验、对运行的的振动数据【jù】进行分析。
发电机
作为电【diàn】气部【bù】件，有可【kě】能会出现碳化、磨损【sǔn】以及扫膛等【děng】严【yán】重的损【sǔn】伤【shāng】，退役后在再利【lì】用的时候，需要重点对机械与电气、绝缘【yuán】电阻、发电性能【néng】参数【shù】进行检查【chá】与检验，最好【hǎo】是【shì】能【néng】够重【chóng】新做一次型式试验，比【bǐ】如电阻的测试、振动测定等【děng】等，证明其可用性。
4、总结与建议
针【zhēn】对【duì】改造升【shēng】级，我们建议一定【dìng】要开展全【quán】面的适【shì】应性评【píng】估【gū】，载荷寿命等【děng】等，这个工作不【bú】可或缺，现在的对于大风轮、长叶片，一定充分【fèn】识别评估改造升级后引入的【de】风险，比如此前【qián】我【wǒ】们【men】遇到的叶片颤振问题。
对于退役回用这个环节，建议退役大部件经【jīng】过【guò】专业机构开展全面健康【kāng】状态检查与寿命评估，重点【diǎn】识别隐性损伤，避免出现设备吊【diào】装【zhuāng】之后出现大的问【wèn】题，严重【chóng】影响经济【jì】效益。相关评估工作【zuò】要以显性【xìng】的凭证方【fāng】式参与市场交【jiāo】易与流通【tōng】环节中【zhōng】，让这些【xiē】退役的部件充【chōng】分发【fā】挥其使【shǐ】用【yòng】价值，做【zuò】到物尽其【qí】用。
最后，风电退役【yì】领【lǐng】域应尽快完成拆除、改造、回用等【děng】行业【yè】标【biāo】准建立，建立健全规范的后【hòu】市场服务平【píng】台【tái】，推动风电产业【yè】真正实现【xiàn】绿色【sè】发展闭【bì】环。 谢谢【xiè】大家。
