質量為本，打造可靠環保風電工程

文 | 陳長春

2017年，隨著各級政府環評、審批工作的收緊，再加上市場緊縮，風電行業的發展再次放緩。具體來講， 2017年1月－9月，全國累計新增吊裝容量僅為17.6GW，同比下滑23%；新增并網容量9.7GW，同比下滑12%；國內招標總量約16GW，同比下滑15%左右；全國風電完成投資397億元，同比下降14.1%。

裝機量在下降，但風電發電量、平均利用小時數等卻在提升，2017年1月－9月，全國風電發電量累計2128億千瓦時，同比增長26%；全國風電場平均利用小時數1386h，同比增長135h，這一方面體現了棄風限電的情況在好轉（同比下降6.7%），另一方面也說明風電機組本身發電性能在提升。

不過，即使風電機組本身發電性能在提升，國內對于風電的其他負面評價還依舊存在，如噪聲、視覺污染，占用大片土地，不穩定、不可控，成本高，影響鳥類等。針對這些負面評價，作為風電整機裝備企業，中車株洲電力機車研究所有限公司風電事業部（下稱“中車株洲所風電”）除了基于產品功能不斷提升產品發電能力、產品可靠性外，還從環境、居民等各相關方的角度去重新定義質量，并與風電場建設單位、風電場運營單位一起提升整體風電工程質量，打造可靠環保風電工程。

可靠環保風電工程的定義及特征

可靠環保風電工程是從兩個維度定義的：一是從設備及工程的維度，要做到可靠，也就是在設備及工程20年的設計壽命內，通過規范有效的運行維護，設備及工程可以按照既定設計參數指標等運行，達成設備及工程的各項運行目標。二是從環境和社會的維度，要做到環保，確保不造成水土流失、不產生噪聲污染、不影響居民及動物等、不對環境（土壤、空氣等）產生有害物質及廢棄物質污染、不給社會帶來過多的資源重復投入及浪費。

也就是說，可靠性環保風電工程的特征有如下兩點：

（1）設備及工程可靠，能在規定的時間內（20年）、在規定的條件（對應的風電場自然環境及客戶運行要求）下實現既定設計功能，達成風電場運行目標。

（2）環境親和性強，不給環境帶來環保方面的負面影響，甚至還能美化環境，真正達到清潔能源的效果。

可靠環保風電工程的實現路徑

為了打造可靠環保的風電工程，中車株洲所風電自2016年以來，以質量為本，開展了大量工作，也取得一定效果。

一、將環境、居民等各相關方需求及期望定義為產品質量的一部分

2017年，中車株洲所風電通過ISO9001－2015版體系換版認證。在2015版質量管理體系中，關系管理是七大質量管理基本原則之一；在標準條款中，也特別明確提出“4.2 理解相關方的需求和期望”的要求。

作為風電整機裝備提供商，中車株洲所風電的相關方主要包括：產品實現相關方（技術提供商、物料供應商、運輸業務提供商等），風電場建設相關方（地方政府、風電場建設單位、風電場吊安裝單位等）、風電機組運行相關方（風電場生產單位、地方政府、電網/電力公司、附近居民、生態環境等）。針對這些相關方的需求和期望，在質量管理過程中需要進行識別、定義，并提前制定標準要求，將相關要求嵌入到產品實現過程，確保相應需求及期望能夠得到滿足。

例如風電機組運行噪聲問題，因為會影響附近居民生活，在湖南山區一些風電場會遇到居民投訴。對于此種情況，中車株洲所風電組織設計人員進入風電場現場實測風電機組噪聲，結合自身感受，對標環評標準、優化內部產品設計標準，將噪聲削減設計、噪聲檢測等納入到產品設計開發過程，確保最終出廠的產品能夠滿足居民等相關方的需求。此外，還將風電機組設計及風電機組機位設置作為一個整體考慮，結合機位設置的特殊情況優化對應風電機組噪聲設計，若無法通過合理的風電機組噪聲設計滿足對應機位點的需求，則優化機位設置，避免風電機組機位離居民住宅太近。

又比如風電場建設對植被的影響問題，為了做到讓路能夠修窄一點，吊裝平臺能夠修小一點，中車株洲所風電2017年在進行2MW系列產品以及3MW平臺產品開發過程中，特別組織對運輸工藝及吊安裝工藝等進行評審，其中3MW平臺產品就考慮了分體運輸、吊裝的方案。

2018年及以后，中車株洲所風電將持續加強對相關方需求的識別，系統優化對應的產品設計標準及檢測標準，明確對風電場建設的特定需求，確保能夠滿足環境、居民等相關方的需求和期望。

二、將產品質量管理從t＝0時往t＜0及t＞0扎實拓展

對于風電機組來說，t＝0時的質量是指風電機組交付給業主時的質量，即240考核驗收時的質量；而t＜0及t＞0時的質量分別是風電機組240考核驗收以前及以后的生命周期質量。中國風電行業目前幾乎所有的風電機組均還未達到20年壽命期，前期采取t=0時的質量來評價各整機廠交付的產品，很多都是合格的；但隨著時間的推移，陸續爆發出一些影響產品正常運行的質量問題。少數整機廠/部件提供商因為t＞0時爆發的批量質量問題而導致公司經營走入困境，同時也因為問題無法有效、快速修復影響了風電場投資方的收益。因此，整機企業不僅僅需要管理好t＝0時的質量，還要通過加強t＜0及t＞0時的產品質量管理來最終保障好產品交付后的生命周期質量。

要保障好產品交付后的生命周期質量，需要重點從如下三個方面開展工作：

（1）針對t＜0的質量管理，要做到在設計前端考慮部件、系統的壽命，通過FMEA分析識別部件、系統等可能會出現的故障模式，形成預防措施或風險管控措施，通過仿真分析、可靠性預計、可靠性試驗與驗證等方法確認并優化部件、系統等的壽命。風電機組作為復雜的機械電氣一體化系統，因受限于國內風電機組市場需求（市場需求新機型推出速度快、銷售價格低），如果要進行全面的可靠性試驗，時間和成本方面都無法滿足。因此，充分的可靠性預計、分配，可靠性試驗系統策劃、仿真以及風電場運行驗證等方法都是保障產品可靠性的有效方法。

（2）針對t＞0的質量管理，在無法有效做到設計前端預測及試驗驗證的情況下，充分收集公司及行業內曾經出現過的產品故障及產品質量問題，分析其故障機理及問題發生原因，形成設計優化方案及質量管控優化方案等，避免類似問題的重復發生。國內風電行業在快速發展的過程中，出現了一些典型、共性質量問題，這些為整個行業質量與可靠性提升提供了很好的原始資料。每個企業都可以在這些問題的分析、解決中獲得很多經驗。2017年，中車株洲所風電發動全員，共同梳理、識別風電機組運行過程中典型故障及批量質量問題（5臺及以上風電機組共性質量問題），組建專項團隊，對這些問題進行攻關分析并形成解決與實施方案。典型問題包括風電機組漏油漏脂問題、風電機組虛報故障問題、變槳系統問題等，均從原理層面進行分析及驗證，形成了有效解決方案。一方面大幅改善已投運風電機組的可利用率、MTBF指標，另一方面也為新產品優化提供很多具體的方案，最終取得了新開發機型調試后運行故障次數連續數月為0的好效果（目前還在持續驗證中）。

（3）構建風電整機運行狀態評估系統（t＞0時），進行實時監測及定期評估，對評估發現的問題予以及時處理，并將問題解決方案轉化為設計準則，嵌入到正常產品開發流程中。風電機組運行狀態評估系統也是風電機組的體檢系統，體檢的目的同樣是為了預防，在問題快要發生但還未發生的時候采取行動，或者是基于指標的趨勢去判斷風電機組可能出現的問題，并提前采取措施，從而提升運行質量及可靠性。

以上內容可用圖1表達： t＝0時以合格率來評價；t＜0時，要通過可靠性設計與驗證保障t＞0時，產品在生命周期內的合格率水平均能得到保障；而t＞0時，要通過故障數據分析、運行數據分析來識別問題及潛在問題，并及時有效解決，同時將解決措施反饋回t＜0時進行新產品改進與提升，保障產品質量水平的持續迭代提升。

圖1 產品生命周期質量管理

總的來說，保障好t＞0時的產品質量，就是要做到提前預測及預防、從根本上解決、實時監測與改進。這也是目前中車株洲所風電采取的風電機組整機質量及可靠性提升思路與方案，后續需持續扎實推進。

三、可制造性、可維護性、簡統化、標準化設計促進生命周期更“節能環?！?/h3>

資源（不論是人力資源還是物資資源），對于整個社會來說都是有限的。節能環保不僅僅體現在如何讓客戶通過最低的價格采購到最高性價比的風電機組，也體現在企業自身如何用最低的成本制造出高可靠性的產品，還體現在風電機組投入運行后，企業自身以及客戶能夠如何用最低的運維成本保障最好的運行效能。這就要求企業在產品設計前端考慮可制造性、可維護性以及簡統化、標準化設計。具體表現為：

（1）通過可制造性設計提升風電機組制造過程質量及效率。如，考慮員工加工難度，合理優化產品部件組合及產品布局；考慮試驗電量消耗等，采取增加變頻變流電路以及非阻性負載等方式設計試驗系統；結合生產線投入需求，合理優化設計；推行三維設計及三維工藝，通過三維模擬驗證可制造性等。

（2）通過可維護性設計、遠程智能運維等方法，降低企業自身及客戶運維成本，提升運維效率。這就要求企業對產品的運維需求進行充分識別，結合運維需求系統優化產品設計及運維方案。在遠程智能運維方面，搭建機組智能自校系統實現離線或在線判別，通過樣機驗證自校系統，提高故障預測模型準確性，實現風電機組質量監控和預測，并對關鍵部件實行壽命預測；將運維流程及方法與定檢維護需求及典型故障排查需求結合起來，指導運維人員快速運維。此外，遠程智能運維及風電機組壽命評價、預測技術的推行，可以讓風電場在運行過程中減少人工運維成本，提升風電機組智能水平，讓風電機組能夠實現與環境更進一步融合。

（3）簡統化、標準化設計是產品質量可靠性提升、成本下降、效率提升的基礎，也是生命周期“節能環保”的基礎，需要持續扎實推行。具體如，2017年，中車株洲所風電將物料質量KPI指標納入研發質量保證管理辦法，實施月度管控，實現同一平臺機型的訂單產品物料復用率達88.3%。試點M20以下小型緊固件的簡統化工作，綜合技術、質量、商務等角度對緊固件進行簡統規約，使緊固件種類縮減近50%。物料復用率的提升，促進了整個供應鏈的成本下降，同時也提升了產品質量。

四、以市場為導向，以顧客為關注焦點，打造實用可靠及環境親和性風電工程

二十世紀初，丹麥等國在多風的海島和偏僻的鄉村使用小型風電機組，體現的就是以市場為導向，以顧客為關注焦點的原則。風電產業進入中國后，早期充分利用內蒙古等地較好的風能資源去替代煤電，減輕給環境帶來的污染，滿足國內供電市場需求，這體現的也是以市場為導向。到現在，風電進入山區、平原，甚至城市，同樣充分考慮的還是市場需求。

2017年10月31日，國家發展改革委、國家能源局正式印發《關于開展分布式發電市場化交易試點的通知》，將國內風電市場化推上新的日程。各建設單位、整機裝備提供商、地方政府，均在積極行動以發掘分布式風電可以給企業、社會帶來的效益與價值。整機裝備提供商作為風電的核心技術提供商，需要在這個新日程中積極行動起來，聯合建設單位、地方政府，依托技術創新及運維管理變革等，打造真正具備實用可靠及環境親和性的風電工程。而在此過程中，前述技術、管理方法都需要用起來，但同時應該重點結合分布式風電的不同客戶、相關方以及分布式運維的成本、效率等各方面需求，結合分布式風電與鄉鎮、城市居民以及工業用電更加貼近、系統穩定性及可靠性要求更高的特點，持續開展技術及管理創新與變革。

總結與展望

自20世紀初到現在，風電以清潔、可再生等特點在服務著世界各地有能源需求及環境優化需求的國家及居民。風電技術發展到現階段，其性價比正在形成與煤電、水電的競爭優勢。同時，因為風能資源的普遍性，相較水電，風電更加不受自然環境的約束。除了中國以及已經開拓風電市場的國家，世界上還有不少缺乏煤炭、水力等資源的國家。因此，只要真正以質量為本，關注市場與環境需求，聚焦技術與管理，將環境親和性需求納入到風電工程設計及管理優化的范疇，持續開展技術及管理創新與變革，風電定將持續以清潔的姿態服務社會。