我國(guó)風(fēng)電規(guī);_發(fā)已近20年,早期吊裝的機(jī)組逐漸到達(dá)其設(shè)計(jì)年限,數(shù)據(jù)顯示,到2027年底將有累計(jì)超萬(wàn)臺(tái)機(jī)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(fēng)電設(shè)備的處置引起多方關(guān)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(diǎn),其核心命題是綠色環(huán)保、保障安全與充分利用部件價(jià)值。在8月24-25日召開的中國(guó)風(fēng)電后市場(chǎng)交流合作大會(huì)上,來(lái)自鑒衡認(rèn)證中心的解決方案副總監(jiān)孫少華,做了“風(fēng)電場(chǎng)改造升級(jí)與退役回用安全性要點(diǎn)關(guān)注”的報(bào)告,以下為報(bào)告實(shí)錄:
各位領(lǐng)導(dǎo)、專家、同事:大家上午好。我的報(bào)告主要是針對(duì)到期服役老舊風(fēng)電場(chǎng),聚焦在風(fēng)電機(jī)組和關(guān)鍵部件上。其中改造升級(jí)主要針對(duì)“以大代小”與換機(jī)頭的技改,退役回用主要考慮葉片等關(guān)鍵部件。
首先看一組數(shù)據(jù),未來(lái)我國(guó)每年超過(guò)設(shè)計(jì)壽命20年的風(fēng)電機(jī)組數(shù)量,2002年裝機(jī),到2022年到期服役的數(shù)量是109臺(tái),這一數(shù)字到2027年將躍升到5000多臺(tái);至2027年底,將有累計(jì)超一萬(wàn)臺(tái)的風(fēng)電進(jìn)組面臨退役,總裝機(jī)容量大概在580萬(wàn)千瓦;2028年起每年的退役臺(tái)數(shù)將達(dá)到萬(wàn)臺(tái)規(guī)模。
分析2002年到2007年間的裝機(jī)(即2022年至2027到期機(jī)組),可以看出這五年都是以1MW以下裝機(jī)為主,總裝機(jī)容量320萬(wàn)左右。再對(duì)1MW以下機(jī)組的風(fēng)輪直徑進(jìn)行分段統(tǒng)計(jì),基本上都是在60m以下,占比多的是52m,大概在29%。而經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展,如今的平均風(fēng)輪直徑已超過(guò)150m達(dá)到原來(lái)的3倍。
國(guó)家政策鼓勵(lì)上大壓小,老舊風(fēng)電場(chǎng)改造升級(jí)階段安裝大兆瓦的機(jī)組,帶來(lái)發(fā)電量的同時(shí),也引入了新的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),我們需要引起關(guān)注。
1、風(fēng)電場(chǎng)退役實(shí)施流程
首先看退役拆除的實(shí)施流程,面臨到期退役的風(fēng)電場(chǎng),一個(gè)必要的環(huán)節(jié)就是對(duì)風(fēng)電場(chǎng)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(jī)頭類的技改,或者延壽等等。決策之后就是拆除了,在日趨嚴(yán)格的安監(jiān)政策和環(huán)保政策下,拆除過(guò)程中要保證安全拆除和綠色拆除。拆除之后面臨兩個(gè)問(wèn)題,拆除下來(lái)的部件,去向如何,拆除后的風(fēng)電場(chǎng)按照決策如何開展后續(xù)建設(shè)。
我們?cè)谶@里重點(diǎn)討論“以大代小”更新升級(jí)和換機(jī)頭的技改方式,聚焦在風(fēng)電機(jī)組的安全性。
2、以大代小改造升級(jí)
針對(duì)“以大代小”更新升級(jí)的安全性,僅從機(jī)組的角度來(lái)說(shuō),這些高塔筒和長(zhǎng)葉片,跟裝新建風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)沒(méi)有任何區(qū)別,但是高塔筒、大風(fēng)輪、長(zhǎng)葉片帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。在這里介紹6個(gè)關(guān)注方面——場(chǎng)址適應(yīng)性、尾流效應(yīng)、塔筒共振、長(zhǎng)葉片吊裝和顫振、控制保護(hù)系統(tǒng)的閾值、混塔的現(xiàn)場(chǎng)澆筑。
場(chǎng)址適應(yīng)性
場(chǎng)址適應(yīng)性是老舊機(jī)組拆除之后,新機(jī)組安裝前保障安全性必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。場(chǎng)址適應(yīng)性評(píng)估中,首先要保證供貨的新裝機(jī)組和認(rèn)證中的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)資料是不可用的。其次要考慮場(chǎng)內(nèi)機(jī)組的排布,如果出現(xiàn)部分機(jī)組拆除其余部分保留的情況,要重點(diǎn)考慮尾流的影響,還有一種情況在新建風(fēng)電場(chǎng)主風(fēng)向上游可能同樣會(huì)更新建設(shè)新的風(fēng)電場(chǎng),那么還需要從大區(qū)域的角度來(lái)分析尾流的影響,尤其是對(duì)發(fā)電量的影響,避免出現(xiàn)低效風(fēng)電場(chǎng)。一致性和風(fēng)資源都是風(fēng)電機(jī)組壽命分析的輸入,進(jìn)一步地開展載荷分析以證明低于設(shè)計(jì)載荷,滿足壽命要求,另外還要結(jié)合場(chǎng)址的特殊環(huán)境條件、如高原、低溫、臺(tái)風(fēng)等等,開展匹配性的評(píng)估工作。
塔筒的共振和渦激振動(dòng)
2017、2018年以后高柔塔開展批量的裝機(jī),高柔塔的風(fēng)險(xiǎn)在于1P共振(風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)1P和塔架一階固有頻率的存在交點(diǎn),也就是共振點(diǎn)),機(jī)組設(shè)計(jì)中基本都會(huì)有共振穿越的策略,可以快速穿過(guò)共振點(diǎn),但是穿越的效果、穿越時(shí)間和控制響應(yīng)需要去驗(yàn)證;其次是渦激振動(dòng),塔架的一階、二階渦激振動(dòng),一般發(fā)生在吊裝和長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)狀態(tài)下,以前塔筒多用鋼塔,塔架頻率高,渦激振動(dòng)對(duì)應(yīng)的臨界風(fēng)速比較高,很難發(fā)生,隨著塔筒增高,塔架頻率降低,臨界風(fēng)速比較低,一階渦激振動(dòng)臨界風(fēng)速可能就是5-6m,二階渦激振動(dòng)的臨界風(fēng)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(dòng)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(dòng)對(duì)機(jī)組的疲勞損傷,不管是設(shè)計(jì)時(shí)還是放到場(chǎng)址上。后需要關(guān)注抗渦的措施,尤其是在吊裝階段和斷電停機(jī)檢修期間,要有對(duì)應(yīng)的抗渦措施,吊裝階段通常采用纏繞擾流條的方式進(jìn)行破渦,規(guī)避共振,長(zhǎng)時(shí)間檢修時(shí)候各家有自己的抗渦措施,但是要保證它的有效性。
長(zhǎng)葉片重點(diǎn)關(guān)注吊裝和顫振問(wèn)題
近來(lái)多發(fā)葉片失效的情況,通過(guò)分析,主要是吊裝期間沒(méi)有在吊點(diǎn)位置做好葉片的防護(hù),運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)生斷裂失效等問(wèn)題。所以在吊裝手冊(cè)中一定要明確吊點(diǎn)、護(hù)板的使用,做好技術(shù)交底。另一個(gè)葉片顫振問(wèn)題,類似于塔架的渦激振動(dòng),往往會(huì)對(duì)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(wèn)題,葉片和流場(chǎng)組成了一個(gè)復(fù)雜的流-固耦合系統(tǒng),目前對(duì)這個(gè)問(wèn)題的研究還不夠深入,存在認(rèn)識(shí)不足的問(wèn)題,需要各方開展深入的基礎(chǔ)研究工作,并且在實(shí)際工程中設(shè)計(jì)出能夠抑制葉片顫振的具體措施。
控制保護(hù)閾值的設(shè)計(jì)
對(duì)高塔架和大葉輪機(jī)組,這個(gè)非常重要,毋庸置疑,尤其是振動(dòng)的保護(hù)閾值,關(guān)注定值和濾波時(shí)間,保護(hù)閾值設(shè)計(jì)的過(guò)大,起不到保護(hù)作用,出現(xiàn)“應(yīng)停未停,應(yīng)停晚!钡那闆r,遇到緊急事件時(shí),不能做到快速收槳,容易出現(xiàn)嚴(yán)重的事故;設(shè)計(jì)的過(guò)小,又容易停機(jī),所以這個(gè)閾值的合理性需要慎重的設(shè)計(jì)和實(shí)施,其他保護(hù)閾值也是相同的道理。
混塔的生產(chǎn)質(zhì)量
對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土質(zhì)量要重點(diǎn)關(guān)注它的密實(shí)度,還有本身的垂直度以及混塔與鋼塔之間的垂直度。
換機(jī)頭技改
對(duì)于有些機(jī)組可能會(huì)開展換機(jī)頭技改,從風(fēng)險(xiǎn)的角度,也需要考慮適應(yīng)性問(wèn)題,針對(duì)機(jī)頭的適應(yīng)性。這種技改方式通常會(huì)增加一節(jié)塔筒,用于過(guò)渡機(jī)頭和原來(lái)塔筒的安裝,組成這個(gè)新塔筒后還需要考慮原來(lái)運(yùn)行期的損傷和剩余壽命期的載荷,來(lái)分析新塔筒的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另外就是基礎(chǔ)的強(qiáng)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(wú)論是綠色拆除,還是升級(jí)改造,對(duì)于拆下來(lái)的設(shè)備,都應(yīng)該進(jìn)行分析和評(píng)估,對(duì)于有價(jià)值的部分,應(yīng)充分評(píng)估,發(fā)揮其大價(jià)值,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈綠色閉環(huán)。分析的流程首先經(jīng)過(guò)一些檢查體檢和壽命評(píng)估,存在再利用的基礎(chǔ),之后再做價(jià)值和價(jià)格的估算,流入市場(chǎng)后在新的風(fēng)電場(chǎng)要提前開展適應(yīng)性的分析,使用之后開展一些必要的監(jiān)測(cè)。
在這里主要介紹四個(gè)關(guān)鍵大部件的回用分析相關(guān)的內(nèi)容,涉及到葉片、軸承、齒輪箱、發(fā)電機(jī),目前鑒衡正在對(duì)《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大部件回用和再制造流通評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行研究,完成后擇時(shí)發(fā)布。
葉片回用
葉片經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題,如前緣磨損,后緣開裂,層間褶皺等等。對(duì)退下來(lái)的葉片首先要開展內(nèi)外部以及層間的檢查,出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)維修損傷。檢查手段包含目視、無(wú)人機(jī)、超聲探傷等。完成初始評(píng)估后,還需要對(duì)葉片的壽命損耗進(jìn)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(fēng)電場(chǎng)繼續(xù)使用。一般來(lái)說(shuō),如果未來(lái)使用的機(jī)組型號(hào)是一樣的,配置一樣的,那么直接使用該葉片,關(guān)注其壽命就可以。如果用到其他的機(jī)組型號(hào),比如現(xiàn)在常見的階梯換葉片,將長(zhǎng)葉片用在短葉片的機(jī)組上,那么就需要重新考慮技改后機(jī)組的適應(yīng)性和安全性了。
軸承
多年運(yùn)行后,可能會(huì)出現(xiàn)滾道磨損、疲勞剝落、滾子劃痕等損傷。退役下來(lái)之后,要重點(diǎn)檢查密封圈、油脂、游隙、內(nèi)外圈跳動(dòng)等,檢查手段有目視、化驗(yàn)、檢測(cè)和測(cè)量。壽命評(píng)估和適應(yīng)性與葉片部件類似。
齒輪箱
往往會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部磨損、濾芯失效、微點(diǎn)蝕、齒面膠合、靜止壓痕、斷齒等問(wèn)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(yīng)開展油樣檢驗(yàn)、對(duì)運(yùn)行的的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
發(fā)電機(jī)
作為電氣部件,有可能會(huì)出現(xiàn)碳化、磨損以及掃膛等嚴(yán)重的損傷,退役后在再利用的時(shí)候,需要重點(diǎn)對(duì)機(jī)械與電氣、絕緣電阻、發(fā)電性能參數(shù)進(jìn)行檢查與檢驗(yàn),好是能夠重新做一次型式試驗(yàn),比如電阻的測(cè)試、振動(dòng)測(cè)定等等,證明其可用性。
4、總結(jié)與建議
針對(duì)改造升級(jí),我們建議一定要開展全面的適應(yīng)性評(píng)估,載荷壽命等等,這個(gè)工作不可或缺,現(xiàn)在的對(duì)于大風(fēng)輪、長(zhǎng)葉片,一定充分識(shí)別評(píng)估改造升級(jí)后引入的風(fēng)險(xiǎn),比如此前我們遇到的葉片顫振問(wèn)題。
對(duì)于退役回用這個(gè)環(huán)節(jié),建議退役大部件經(jīng)過(guò)專業(yè)機(jī)構(gòu)開展全面健康狀態(tài)檢查與壽命評(píng)估,重點(diǎn)識(shí)別隱性損傷,避免出現(xiàn)設(shè)備吊裝之后出現(xiàn)大的問(wèn)題,嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益。相關(guān)評(píng)估工作要以顯性的憑證方式參與市場(chǎng)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(jià)值,做到物盡其用。
后,風(fēng)電退役領(lǐng)域應(yīng)盡快完成拆除、改造、回用等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建立,建立健全規(guī)范的后市場(chǎng)服務(wù)平臺(tái),推動(dòng)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)真正實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展閉環(huán)。 謝謝大家。