我国风电规模【mó】化开发【fā】已近20年，早期吊装的机组逐渐到达其设计年限，数据显示，到2027年底将有累计超万【wàn】台机组面临退【tuì】役，并且退【tuì】役【yì】数【shù】量逐年上升。在双碳战略的【de】大背【bèi】景下，退役风电设备的【de】处置引起多【duō】方关【guān】注，目前，“以大代小”技改【gǎi】、延【yán】寿、拆除【chú】与部件回用是行业【yè】讨论【lùn】的热点，其【qí】核心命【mìng】题【tí】是绿色环保、保障安全【quán】与充分利用部件价值。在8月9-21日召开的中国风电后市场交【jiāo】流【liú】合作大会【huì】上，来自鉴衡认证【zhèng】中心【xīn】的【de】解决【jué】方案副总监孙少华【huá】，做了“风电场改造升级与【yǔ】退役【yì】回用安全【quán】性【xìng】要点关【guān】注”的报告，以【yǐ】下【xià】为报告实录：
各位领导、专家、同【tóng】事：大家上午好【hǎo】。我的【de】报告主要是针对到期服役老【lǎo】旧【jiù】风【fēng】电场【chǎng】，聚焦在风电机组和【hé】关键部件【jiàn】上。其中改造升级主要针对“以【yǐ】大【dà】代小”与换机头的技【jì】改，退【tuì】役回用主要考【kǎo】虑【lǜ】叶片等关键部件【jiàn】。
首先看一组数据，未来我国每年超过设计【jì】寿命20年的风【fēng】电【diàn】机【jī】组数量，2002年装机，到2022年到期服役【yì】的【de】数【shù】量是109台，这一数字到2027年将跃升到5000多台；至2027年底，将【jiāng】有累计【jì】超一万【wàn】台的风电进组面临退役，总装【zhuāng】机【jī】容【róng】量大概在【zài】580万千【qiān】瓦；2028年起每【měi】年的退役台数将达【dá】到万台规模。
分析2002年到2007年间的装机（即2022年至2027到期机组【zǔ】），可【kě】以看出这【zhè】五年都是【shì】以1MW以下装机为【wéi】主，总装机【jī】容量320万左【zuǒ】右。再对【duì】1MW以下机组的风轮【lún】直径进行分段统【tǒng】计【jì】，基本上都是在60m以下【xià】，占比最多的【de】是【shì】52m，大概在29%。而【ér】经过近【jìn】20年的【de】发展，如今【jīn】的【de】平均【jun1】风【fēng】轮直径已超过150m达到原来的3倍。
国家政策鼓【gǔ】励上大【dà】压小，老【lǎo】旧【jiù】风电场【chǎng】改造【zào】升级阶【jiē】段安装大【dà】兆瓦的机组，带来发电量的同时，也引入了【le】新【xīn】的技术风险，我们需【xū】要引起关注。
1、风电场退役实施流程
首先【xiān】看退役拆除的实施流【liú】程，面【miàn】临到期退役【yì】的风电场，一个必要的【de】环【huán】节【jiē】就是对风电场【chǎng】的后续规划做决策，是拆除后还原到原始生【shēng】态，还【hái】是等容更新或增【zēng】容更新，或者开展换机头类【lèi】的技改，或者【zhě】延寿等等。决策【cè】之后就【jiù】是拆【chāi】除【chú】了，在日趋严格的安监政策和环保【bǎo】政策下，拆除过程【chéng】中要保证安全拆除【chú】和绿色【sè】拆【chāi】除。拆除之后面临两【liǎng】个问题，拆除【chú】下【xià】来的部件【jiàn】，去向【xiàng】如何，拆除【chú】后的风电【diàn】场按照决策如何【hé】开展后续【xù】建设【shè】。
我【wǒ】们在这里重点讨论“以大【dà】代小”更新升级和换机【jī】头【tóu】的技改方【fāng】式，聚焦【jiāo】在风电机组的安全【quán】性。
2、以大代小改造升级
针对“以大代【dài】小”更新升级的安全性，仅从机组【zǔ】的角度来说，这些高塔【tǎ】筒和长叶片，跟装新建风电场的装机【jī】没有任何区【qū】别【bié】，但【dàn】是高塔筒、大风【fēng】轮、长叶片带来的风险【xiǎn】不容忽视【shì】。在这里介【jiè】绍6个关注方面——场【chǎng】址【zhǐ】适应性、尾流效应、塔筒共振、长叶片吊装和颤振、控【kòng】制保护系【xì】统的【de】阈值【zhí】、混塔的【de】现场【chǎng】浇【jiāo】筑。
场址适应性
场址【zhǐ】适应性是老旧机组拆【chāi】除【chú】之后，新机【jī】组安装前保【bǎo】障【zhàng】安全性必不可少【shǎo】的一个环节【jiē】。场【chǎng】址适【shì】应性评【píng】估中，首先要【yào】保证供货的【de】新装机组【zǔ】和认证中的设计一【yī】致，这是基本【běn】条【tiáo】件【jiàn】，出现【xiàn】不一致，比如【rú】塔筒【tǒng】，那么意味着之前的设计【jì】资【zī】料【liào】是不可用的【de】。其次要考【kǎo】虑场内机组的排布，如果出【chū】现部分机组拆除其余部分保留的情况，要重点【diǎn】考虑尾流的【de】影响，还【hái】有一种情况在新建风电场主风向上游可【kě】能同样会更新建设新的风电【diàn】场【chǎng】，那么还【hái】需要从大区域的角度【dù】来【lái】分析尾【wěi】流的影响【xiǎng】，尤【yóu】其是【shì】对发电量【liàng】的影响【xiǎng】，避免出现低效风电场【chǎng】。一致性和风【fēng】资源都是风电【diàn】机组寿命分析的输入，进一步地开展载荷分析【xī】以证明低【dī】于设计载荷，满足【zú】寿命要求【qiú】，另外还要结合场址的特殊环境条件、如高原、低温、台风【fēng】等等，开展匹配性【xìng】的评估工作。
塔筒的共振和涡激振动
2017、2018年以后高柔塔【tǎ】开展批量【liàng】的装机，高柔塔的风险在于【yú】1P共【gòng】振（风轮旋转1P和【hé】塔架一阶固有频率的存【cún】在交点，也就是共振点），机组设【shè】计中基【jī】本都会【huì】有共振穿越【yuè】的策略，可以快速穿过共振点，但【dàn】是穿越的效果、穿越【yuè】时间和控制【zhì】响应需要去验证；其【qí】次是涡【wō】激振动，塔【tǎ】架的一阶、二阶涡激振【zhèn】动，一般发【fā】生【shēng】在吊【diào】装和长时间停机状态下，以【yǐ】前塔筒【tǒng】多用钢【gāng】塔，塔架频率高，涡激【jī】振动对应【yīng】的临【lín】界风速比【bǐ】较高，很难发生，随着塔筒增【zēng】高，塔架【jià】频率降低，临界风速比较低【dī】，一阶涡【wō】激振动【dòng】临界【jiè】风速可能就是5-6m，二【èr】阶涡激振动【dòng】的临界【jiè】风【fēng】速大概的【de】范围是十几米到二【èr】十几米，那么高【gāo】柔塔发生【shēng】涡【wō】激振动就比较常见了。另外，除【chú】了肉眼可见【jiàn】的极限破坏【huài】，还要考虑涡激【jī】振动对【duì】机组【zǔ】的疲劳损【sǔn】伤，不管【guǎn】是设【shè】计时还是放到场址上。最后需【xū】要【yào】关注抗【kàng】涡【wō】的措施，尤其是在吊装阶段和【hé】断电停机检修期间【jiān】，要【yào】有对应的抗【kàng】涡措施，吊装阶段通常采用【yòng】缠绕扰流条的方式进行破【pò】涡，规【guī】避共振，长时间【jiān】检【jiǎn】修时候各家有自己【jǐ】的抗涡措施【shī】，但是要保【bǎo】证它的有效性【xìng】。
长叶片重点关注吊装和颤振问题
近来多发叶片失效的【de】情【qíng】况，通过分析，主要是吊装期间没有【yǒu】在吊点位置做好叶【yè】片【piàn】的防护，运【yùn】行一段时间后发生断裂失效等【děng】问【wèn】题。所以【yǐ】在吊【diào】装【zhuāng】手册中【zhōng】一定要明【míng】确吊【diào】点、护板的使用，做好技术交【jiāo】底。另一个叶片颤振问题，类似于塔【tǎ】架的涡激振【zhèn】动，往往会对叶片造【zào】成【chéng】一定的损【sǔn】伤，叶片颤振主要是叶片气弹不稳定的问【wèn】题，叶片和流场【chǎng】组成了一个复【fù】杂的流-固耦合【hé】系统，目前【qián】对这个问题的研究【jiū】还不够深入，存在【zài】认识【shí】不足【zú】的【de】问题，需要【yào】各方开展【zhǎn】深入【rù】的基础研究工作，并【bìng】且在实际工程中【zhōng】设计出能够抑制叶【yè】片颤振的具【jù】体措【cuò】施【shī】。
控制保护阈值的设计
对【duì】高【gāo】塔架和大叶轮【lún】机组，这个非常重要，毋庸置疑，尤其是振动的保护阈值【zhí】，关注【zhù】定值和滤【lǜ】波【bō】时间【jiān】，保【bǎo】护阈值【zhí】设计的过大，起不到保护作用【yòng】，出现“应停未停，应停晚【wǎn】停”的情况，遇到【dào】紧急事件时，不能做到快速【sù】收桨【jiǎng】，容易【yì】出现严【yán】重的事故；设计【jì】的过小，又容易停机，所【suǒ】以这个阈值的合理性【xìng】需【xū】要慎重的设计【jì】和实施，其【qí】他保护阈值也是相同的【de】道理。
混塔的生产质量
对【duì】于现【xiàn】场【chǎng】浇【jiāo】筑【zhù】的混凝土质【zhì】量要重点关注它【tā】的密实度，还有本身的垂直度以及混塔【tǎ】与钢塔【tǎ】之间的垂直度。
换机头技改
对于有些机组可能【néng】会开展换机头【tóu】技改，从风险的角【jiǎo】度，也【yě】需要考虑适应性问题，针对机头的适应性。这种技改【gǎi】方式通【tōng】常会增加一节塔筒，用于过【guò】渡机头【tóu】和原来塔筒的安【ān】装【zhuāng】，组【zǔ】成这个新塔【tǎ】筒后还【hái】需要考虑原来运行期的【de】损伤和【hé】剩【shèng】余寿命期的载荷，来分析新塔筒的结【jié】构【gòu】强度。另【lìng】外【wài】就【jiù】是基础的【de】强度，如【rú】果出现载【zǎi】荷超限的情况，还需要做加固或者其【qí】他方式保【bǎo】证安【ān】全性。
3、大部件退役回用
无论是绿色拆除，还是升级改造【zào】，对于拆【chāi】下来的【de】设【shè】备，都【dōu】应该【gāi】进行分析【xī】和评【píng】估【gū】，对【duì】于【yú】有价值的部分，应充分【fèn】评估，发挥其最大价【jià】值，实现产业【yè】链绿【lǜ】色闭【bì】环【huán】。分析的流程【chéng】首先经过一【yī】些检查体【tǐ】检和寿命评估，存【cún】在再利用【yòng】的基【jī】础，之后再做价值和价格【gé】的估算，流入市场后在【zài】新的风电场要提前开展适应性的【de】分析，使用之后开展一些必要的【de】监测。
在这【zhè】里【lǐ】主【zhǔ】要介【jiè】绍【shào】四个关键大部件的回用分析相关的内容，涉及到叶【yè】片【piàn】、轴承【chéng】、齿轮箱【xiāng】、发电机【jī】，目前鉴衡正在对《风力发电机组大部件回【huí】用和再【zài】制造流通评价方法》进行研究，完成【chéng】后择时发【fā】布。
叶片回用
叶片经【jīng】过多年运行可能会出现各种各样的问题，如前【qián】缘磨【mó】损，后【hòu】缘开裂【liè】，层间褶皱【zhòu】等等。对【duì】退下来的叶片【piàn】首【shǒu】先【xiān】要开展内外部【bù】以【yǐ】及层间【jiān】的检查，出现问【wèn】题及时维修损伤。检【jiǎn】查手段包含目视、无【wú】人机、超声【shēng】探伤等【děng】。完成【chéng】初【chū】始评【píng】估后，还需要【yào】对叶片的寿命损耗进【jìn】行【háng】分析，论证还有多少【shǎo】年的寿命。如果具备流通的条件，放入其他【tā】风电【diàn】场继【jì】续使用。一般【bān】来说，如【rú】果未来使用的机组型【xíng】号是一样的，配置【zhì】一样的，那么【me】直接使用该叶【yè】片，关【guān】注其寿命就可以。如果用到其他【tā】的机组型号，比如现在常见的阶梯换叶片，将长叶【yè】片用在短【duǎn】叶片的机组上【shàng】，那【nà】么就需要重新考【kǎo】虑技【jì】改后【hòu】机组的适应【yīng】性和安全性了【le】。
轴承
多年【nián】运行后，可能会出现滚【gǔn】道磨损、疲【pí】劳【láo】剥落、滚【gǔn】子划痕等损伤。退役【yì】下来之后，要重点检查【chá】密封圈、油脂、游【yóu】隙、内外圈跳动等，检【jiǎn】查【chá】手段有目视、化【huà】验、检测和测量。寿命评估【gū】和【hé】适应性与叶片部【bù】件【jiàn】类似。
齿轮箱
往【wǎng】往会【huì】出现内部磨【mó】损、滤芯失效、微点蚀、齿面胶合、静止压痕、断齿等【děng】问题【tí】，退役之后【hòu】要用内窥镜【jìng】开展外【wài】观与内部检查、冷却【què】系【xì】统检查【chá】等，此外还应开展油样检验、对运行的【de】的【de】振动数据进行分析。
发电机
作为【wéi】电【diàn】气部【bù】件，有可能会出现碳化、磨【mó】损【sǔn】以及【jí】扫【sǎo】膛等严重的损【sǔn】伤，退役后【hòu】在再【zài】利用的【de】时【shí】候，需要重点对机械与电气、绝缘电阻、发电性能参【cān】数进行【háng】检查与检验，最好【hǎo】是能够【gòu】重新做一次型式试验，比如电阻的测试【shì】、振【zhèn】动测定等等，证明【míng】其可用性。
4、总结与建议
针对改造升级，我们建议一定要开【kāi】展全面的适【shì】应【yīng】性评估，载荷寿命等等，这【zhè】个工作不【bú】可或【huò】缺，现【xiàn】在的对于大风【fēng】轮、长叶片，一【yī】定充分【fèn】识别【bié】评估改造【zào】升级【jí】后引入的风险，比如此前我们遇到【dào】的叶片颤振问【wèn】题。
对于退役回用这个【gè】环节，建议退役大部件经过专业机构开展全【quán】面健康状态检查【chá】与寿命【mìng】评估，重点识【shí】别隐性损【sǔn】伤，避免出现【xiàn】设备吊装之后出现大【dà】的问题，严重【chóng】影【yǐng】响经济效益【yì】。相关评【píng】估【gū】工作要以【yǐ】显性的凭证方式参【cān】与市场交易与流通【tōng】环【huán】节中，让这【zhè】些退役的【de】部件充分发【fā】挥其使用价值【zhí】，做到物【wù】尽其【qí】用。
最后，风电退役领域应尽【jìn】快【kuài】完【wán】成拆除【chú】、改造、回用【yòng】等行业标准建立，建立健全规范的后市【shì】场【chǎng】服务平台，推动风电产业真正实现绿色发【fā】展闭环【huán】。 谢谢大【dà】家【jiā】。
