{首页主词},&

業界視點——蔡健平：推進裝備監檢測研究助力我國風電項目發展

2019-06-20 09:33:03 作者：殷鵬飛來源：《腐蝕防護之友》分享至：

能源是國民經濟發展的重要物質基礎和人類生活必須的物質保證。我國人多地廣，但優質的油氣資源相對匱乏，長期以燃煤和汽油為主的燃料能源結構使我們付出了巨大的環境代價。綠色新能源是解決我國能源供應短缺和環境污染雙重危機的重要出路。其中，風力發電是技術最成熟、最具開發和商業發展前景的方式，發展風電對于改善能源結構、保護生態環境、保障能源安全和實現經濟可持續發展等方面有著極其重要的意義。

作為中國風電領域的先鋒，新疆金風科技股份公司是中國成立最早、自主研發能力最強的風電設備研發及制造企業之一。它不單是大型風力發電機組“863”項目及國家“九五”、“十五”、“十一五”科技攻關項目的重點承擔單位，也承擔了國家科技支撐計劃“大功率風電機組研制與示范”重大項目課題的籌備工作。為了全面科普中國風電事業的發展和風電設備智能化制造等方面的知識，近日記者特邀請到金風科技股份有限公司的蔡健平教授級高級工程師（以下簡稱蔡教授）做相關方面的解讀。

蔡健平金風科技股份有限公司教授級高級工程師

記者：風能是一種清潔無公害的可再生能源能源，請您介紹一下風能的特點以及風力發電技術？

蔡教授：風能是由太陽輻射熱引起的，到達地球的太陽能有大約 2% 轉化成風能，全球的風能估計約為 1300 億千瓦，高達 53 萬億千瓦時每年，這個數字遠超過地球上水能，也大于地球上固體和液體燃料能量之和。從純技術的角度，即使近五年全球的電力需求繼續增加，只要利用地球上 50% 的風能就能夠綽綽有余地滿足人類的能源需求。風能除了儲量豐富、分布廣泛外，更具有取之不盡，用之不竭，可再生，具有可持續性等特點，是持續性最好的能源之一。

風力發電設備是將風能轉化為電能的裝置，廣義地說，它是一種以大氣為工作介質的能量利用機械，其原理是通過風力帶動風車葉片旋轉，然后發電機將風力產生的機械能轉化為電能。風力發電機又簡稱為風車。

現代的風力發電設備已經不是一個簡單的風力機和發電機的組合，它一般由基礎、塔筒、機艙、發電機、輪轂、轉子葉片、變流變壓設備等組成，還有些風向風速儀等附件，一些風力發電設備還有齒輪箱等傳動機構。它高度集成了空氣動力學、機械學、電機學、電力電子學、微電子學、計算機科學以及電力系統分析、控制技術、數據通訊等各方面知識，是一種復雜的機電能量轉換系統。

目前風力發電設備一次投入較高，但是從綜合社會效益上看，風力發電的性價比很高。例如同風電相比，火電需要持續地投入燃料資源，產生原料成本，如果考慮到對污染物的處理、對環境的破壞等社會和環境成本外，風電的綜合效益大大優于火力發電；而同核電相比，風電設備即使發生事故，造成的人員損失、社會和環境的損失很小；而同樣是可再生能源的水電，對生態和環境有很大影響，還需要占據很大的土地，如果考慮這些因素，水電的綜合社會效益也低于風力發電。

記者：我國風能資源豐富，利用風力發電大有可為。我國目前的風電建設開發利用情況如何？取得了哪些成就？推廣過程存在哪些困難和挑戰？

蔡教授：近年來能源供應日益緊張，環境污染問題日益突出，因此國家對新能源的重視程度與日俱增。風能作為一種清潔高效的能源已經成為利用的重點。我國有綿長的海岸線，大片的草原戈壁，風力資源十分豐富。隨著我國對風力發電投入力度的不斷加大，風力發電近年來發展十分迅速，已經成為一種重要的能源供應，風電技術也得到了迅速發展。目前我國的風電產能達到 3000萬千瓦以上，據統計，2017 年我國風力發電裝機容量已經達到 16 萬兆瓦，僅次于歐盟，成為世界重要的風電發展區域。但是目前我國風電在電力能源中的占比依然不高，現在發電裝機量比例在 2% 左右，低于煤電、水電，接近核電，而在歐盟，丹麥的風能在電力結構中占比已經最高達40%以上。總的來說，我國風力發電制造業目前依然是一個有待發展的，新興的、需要逐步培育的產業。

由于風力資源季節性波動性的影響，大容量的風電場的并網會對電網的電能質量、系統穩定性、諧波情況、線路損耗以及繼電保護造成影響。進行風電功率的合理預測，提高風電穿透功率，研究動態無功補償等技術對風電存在的問題進行有效解決是風電研究的重點。由于風力發電所占電網裝機總量的比重過大會影響電網系統運行的可靠性，合理分配風電場和傳統能源的比例，降低風電場對電網的沖擊，是發展風電能源的重點。

由于風電一次投入較高，按照一次投入的風火同價的要求對風電產業的成本造成了很大的壓力；另外由于風電的需要并入電網進行消納，加上早期風電主要分布在西北等用電較少地區，遠距離輸送難以實現，而當地電網的消納能力不足造成了棄風限電現象；同時由于我國早期是購買圖紙來制造風電設備的，目前我國風電設備的設計能力和質量可靠性水平有待進一步提高，而這在降成本的背景下，對風電制造業造成了很大的挑戰。

記者 : 腐蝕是影響和限制風電產業發展的重要因素。請您介紹一下這方面的情況？

蔡教授：在風力發電的早期發展階段，我國風力發電設施大多分布在西北地區，但是隨著國內陸上優質風資源的飽和，南方潮濕地區和海上風電已經成為我國風電產業的發展重點，而向海外輸出風電設備也是相關風電設備制造企業重要出路。以金風科技股份有限公司為例，公司提出了自己的“兩海戰略”：一是發展海上風電，二是發展海外風電。

但是潮濕地區風電和海上風電所面臨的的一個重大挑戰就是腐蝕環境比較惡劣，對風電產品的經濟性、可靠性造成很大影響，而海外風電，則需要考慮各種腐蝕環境的不確定性，需要正確的選型，并采取合理的防護措施，一旦出現問題，付出的代價也極為高昂。我們知道，風力發電是一個高風險的產業，一旦出現較大事故就會導致風力發電企業巨大經濟損失，如果風力發電設備質量可靠性水平不高，質保損失往往導致設備制造企業的大面積虧損。因此通過影響風電設備的可靠性和經濟性，腐蝕問題已經成為制約我國風電產業發展的重要因素。

對于腐蝕問題，風電制造業應該說是比較重視的，在認證標準上就有比較明確的腐蝕防護的要求，風機的整機商也有一些專門的腐蝕防護人員從事腐蝕控制的工作。但是目前腐蝕控制的系統性不夠，主要工作集中在涂層防護、表面處理等方面，在對腐蝕的監控、預測、分析等方面重視不夠，沒有把腐蝕控制作為一個系統工程來抓，所以工作容易出現漏洞，在很多細節方面做的不夠；另外沒有采用腐蝕經濟學把經濟性作為影響設計的一個邊界條件，有時候又出現過設計；還有很多腐蝕控制要求沒有落實成為可描述、可操作的技術指標，腐蝕控制措施主觀性、隨意性很大，這實際上要求腐蝕科學和技術要結合產品的實際工程需求，建立起一個有工作目標的腐蝕控制系統工程系統，才能使腐蝕控制技術發揮最大的效能。所以腐蝕控制不應該僅僅從局部的技術出發，而要滿足產品開發中系統工程的要求，這方面希望引起國內腐蝕界的重視。

記者：裝備安全與智能化的研究，實質上就是通過智能化檢測和監測手段，為設備提供全面、正確、可靠的設備故障監測和診斷信息，從而達到防患于未然的目的。因此，對風力發電設備腐蝕大數據搜集和腐蝕監測顯得尤為重要。請您介紹一下目前我國這方面的情況？

蔡教授：風機的智能化的研究也是風機發展的一個重要方向，結合檢測監測技術、網絡技術、物聯網、大數據和人工智能、虛擬現實等技術，風電產業提出了數字化風機的概念，也就是風機不僅在現實上物理實體存在，而且在電腦上、網絡上和手機里數字化呈現，人們可以通過數字化風機了解它的狀態甚至通過數字孿生技術，分析它的各種特性，為設計改進和運維策略提供依據。

金風的風機數字化框架

當然數字化風機的一個重要應用是故障監測和診斷，目前國內外都在這方面開展大量的工作。而在風機產品腐蝕大數據搜集和腐蝕監測方面，國內外都開展了一些工作，但要整合到數字化風機中，還需要一個過程。金風科技股份公司目前在這方面開展的工作主要有：

（1）運行環境的腐蝕評級。主要對不同區域運行風機的各個部位的腐蝕環境條件進行了采集和評級，這已經成為風機部件設計的輸入條件；

（2）安裝過程各個環節的環境監控。對安裝過程例如海上運輸、吊裝、外場堆放等環境條件進行了監控，對存在的腐蝕風險進行預警；

（3）腐蝕監檢測和預測。采用電阻探針、大氣腐蝕檢測儀、腐蝕電化學方法以及環境條件監測方法，對現場的腐蝕情況進行檢測和預警，并預測腐蝕程度。

記者：我國目前風電行業發展有哪些制約因素，請您針對風電行業的未來健康發展給出您的意見或建議。

蔡教授：我國風電市場經過十多年的快速發展，取得了輝煌的成績，也暴露出種種的問題，這些問題既有來自市場本身的問題，也有來自風電企業的問題，更深層還有國家政策層面的問題。

具體問題如下：

1、國內風電行業產能相對過剩。由于產業的一哄而上，早在 2009 年國家就將風電設備列為產能過剩行業之一，隨后的幾年中，產能過剩進一步的凸顯出來。按照市場需求預測，國內風電市場供應能力過剩應該在50%以上。

2、國外拓展業務起步困難。由于國內市場競爭越來越激烈，大型廠商不得不加大海外市場的滲透力度，以緩解國內過剩的產能，但是海外市場的開拓是比較艱難的。

3、風電市場的消納問題嚴重制約行業發展。由于現有電網規劃的滯后，沒有考慮到大規模風電的接入對風電市場的影響，加之風電行業的超速發展，導致了我國風電規劃與電網規劃相脫節現象的產生。由于缺乏具體的風電送出和風電消納方案，大規模風電送出消納的矛盾日益突出。

4、風電關鍵部件和核心技術與國外企業還有很大差距。風電企業關鍵部件依然依賴進口，絕大多數風電設備制造企業根本沒有自主研發能力、缺乏自主知識產權。金風雖然有較強的自主研發能力，但是在總體設計和關鍵零部件上與國外先進企業有較大差距。

5、風電發展政策配套不健全。現已出臺的政策均是按照有利于促進風電大規模發展的思路進行的設計。這種設計方式的優點是能夠調動地方政府和企業的積極性，但是缺點在于沒有額外的激勵條件下，電網企業并不能充分承擔起風電并網接入的責任，從而形成了可再生能源并網難的問題。

要克服以上的問題，我的建議如下：

1、進一步加強國家電網建設，為大規模風電接入創造條件。我國風電資源主要分布于西部、北部，開發規模大，布點較集中，對所在電網的電能質量、穩定運行、無功平衡等會造成一定的沖擊。若進行大規模的風電并網，則必須增加機組容量或區外送電作為風電備用。因此，我國需要加大輸電網建設的力度，強化電網結構，為風電的大規模開發和電網接人創造條件。

2、大力發展海上風電。由于我國東南部地區是用電的重要區域，而我國海上風電資源非常豐富，大力發展海上風電便于就近消納風電，同時也滿足東南沿海經濟發達地區的用電需求。

3、大力支持風電企業技術研發能力的提升。在風電建設規模化進行的同時，必須要把提升企業技術自主研發能力和關鍵設備制造國產化相結合，為國內風電設備制造提供發展機遇和需求市場，促進國內風電設備制造業的盡快發展。在這方面，國內各個專業的學校、研究院所和其他行業的技術可以加快向風電產業的轉化和應用，支持風電企業技術研發能力的提升。

4、加強風電企業人才培養。從一定程度上來說，制約我國風電發展的關鍵性因素還是風電技術人才的缺乏。風電場建設、風能資源評價、風電場設計、并網及運行管理等方面都需要專業性的風電技術人才。因此，加強風電人才培養力度，健全風電產業服務體系就成為當務之急。一些電力院校已經設立風電專業，開始培養風電專業技術人才，因此要著力整合國內現有資源、加強校企合作，實現產學研的無縫對接。另外，也可在國家層面，設立和建立風能資源評價和設計研究機構、風電并網技術研究機構等，以加強風能資源評價、風電場設計和風電并網技術的研究和技術服務能力，為今后風電的大規模發展創造條件。

記者：當前，以智能制造為代表的新一輪產業變革迅猛發展，網絡化、智能化日益成為制造業的主要趨勢，國務院頒布實施的《中國制造 2025》將智能制造作為主攻方向，搶占新一輪產業競爭制高點。作為一個腐蝕控制方面的專家，您對風電設備智能化制造有什么自己的意見和建議。

蔡教授：目前風電設備在制造過程中積極采用智能制造技術，智能制造在對于縮短制造周期、降低人力成本和提高產品質量可靠性的一致性上具有無可比擬的優勢。但是對于中國這樣一個先進制造業尚有短板的國家，還要補傳統制造技術中的短板。對于腐蝕控制來說，制造過程中的腐蝕控制以及先進防護工藝的研究和應用還需要大量的基礎性工作，不是說有了智能化，傳統制造業中的短板也就彌補了。以腐蝕為例，腐蝕科學與工程中的技術基礎研究和基礎性還是要持續進行，要向海上和海外發展風電，急需繼續積累大量基礎性數據，這些基礎數據將為系統控制腐蝕提供支持，也為實現智能制造提供堅實的基礎。

公司簡介

金風科技股份有限公司是從事大型風力發電機組研究、開發與生產制造的企業。其前身是新疆新風科工貿有限責任公司，成立于 1998 年，1999 年成功完成 600 千瓦風力發電機的研制工作。2000 年公司整體變更設立為新疆金風科技股份有限公司，開始從科研向市場轉型，實現銷售零的突破。承擔國家“863”計劃 --“兆瓦級失速型風力發電機組及其關鍵部件研制”、國家“十五”科技攻關項目 --“600 千瓦風力發電機組工業化生產技術”與“750 千瓦風力發電機組研制”三個國家級科研項目。公司擁有自主知識產權的直驅永磁技術代表著全球風電領域最先進的技術路線，產品除廣獲主要國內電力公司的采用，還進入了美國和歐洲等海外市場。2016年 8 月，金風科技股份有限公司在 “2016 中國企業 500 強 ” 中排名第 420 位。

后記：

從風電“制造”到風電“智造”，不僅是一字之差，更是一場行業技術的革命。以金風科技股份公司為代表的中國風電企業勇于創新，不懼挑戰，潛心發展風電設備智能化監檢測技術，努力攻克風電發展中的的制約難題。我們相信，在不久的明天，中國風電必將成為一張比中國航天、高鐵之外更為閃亮的名片！

● 人物簡介

蔡健平，男，1969 年生。1992 年畢業于北京航空航天大學，1995 年獲中國科學院金屬研究所碩士學位，2001 年獲英國曼徹斯特大學博士學位。曾在北京航空材料研究院和中國航天標準化及產品保證研究院工作，承擔過多個部級和國家自然科學基金的項目，在國內外發表學術論文 40 余篇，在國內外發表學術論文 40 余篇，撰寫專著 1 部，參與多個專著的編寫，擁有 4 項專利，并培養碩士生 4 名。獲國防科技進步獎二等獎一項，航空工業一等獎一項，是航空學報優秀審稿人和自然科學基金項目審查專家。現擔任國際雜志《Corrosion Engineering,Scienceand Technology》和《裝備環境工程》等雜志編委。2017 年加入金風科技股份有限公司，負責風電產品環境適應性體系建設，指導腐蝕控制的具體技術研究工作，參與風電產品可靠性體系研究。

免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。