风电行业问题再探（一）

吴刚金，王明军，高原生，赵庆

（1. 东方汽轮机有限公司，德阳 618000；2. 西安市坤伯工程技术开发有限责任公司，西安 710075）

风电行业问题再探（一）

吴刚金1，王明军1，高原生1，赵庆2

（1. 东方汽轮机有限公司，德阳 618000；2. 西安市坤伯工程技术开发有限责任公司，西安 710075）

由于风电产业发展过快，部分风电从业人员存在理念和认识上的偏差，风电行业难免存在一些问题。本文就风电机组的部件损坏、疲劳破坏，以及风电场、电网、风电机组生产厂家、风电机组配套部件商存在的问题进行分析和说明。

风电场；风电机组生产厂家；配套厂商；电网

0 引言

我国风电行业快速发展，取得了很大成就。但是，随着风电行业的深入发展，快速发展期存在的一些问题也不断涌现。行业理念认识偏差，企业运作机制与风电发展不相应；行业标准不够完善，业主与风电机组生产厂家之间的权责不清；欠款、拖款问题严重，机组配套厂家纷纷转行或倒闭，产业链面临亏损。这些都会直接影响到风电行业的正常发展。

1 风电行业存在的主要问题

1.1 风电场选址影响部件使用寿命

场址选择适宜与否对于风能利用的预期目的能否达到起着关键的作用。如果场址选择不合理，即使性能很好的机组也不能有效发电。更有甚者，由于选址不正确，很可能导致设备损坏[1]。因此，如何在风电场内布置风电机组才能得到最大发电量、获得最佳的经济效益，一直是微观选址工作的焦点[2]。机组所处的位置直接关系到湍流强度的大小。

湍流强度（IT）是指风速随机变化幅度的大小，定义为10min内标准风速偏差与平均风速的比值，即：

式中，V为10min平均风速；σ为10min内风速相对平均风速的标准偏差。

湍流强度是风电场的重要特性指标，它的计算、分析是风电场资源评估的重要内容，其结果直接影响风电机组的选型。湍流对风电机组性能的不利影响主要是减少功率输出，增加风电机组的疲劳载荷，最终会损坏风电机组。湍流强度IT值在0.1或以下表示湍流相对较小，中等程度湍流的IT值为0.10－0.25，更高的Lr值表明湍流过大。对风电场而言，要求湍流强度IT值不超过0.25[3]。

为了减少叶片的脉动和破坏力较强的动态载荷，在湍流强度大于0.25的地区，应慎建或不建风电场，若在这些地区建风电场，在选机型时应与厂家充分交流，对设备的承受能力进行充分地论证和评估。

风电机组容易受到疲劳载荷的严重影响。在600kW机组中，叶轮在20年的寿命期内会旋转2×108次，每转一周都会产生与低速轴和叶片重力完全相反的力，以及由风剪切力、偏航误差、轴倾斜、塔架阴影和湍流引起循环的叶片平面载荷。因此，许多风电机组部件的设计都取决于疲劳载荷而不是极限载荷[4]。

短期平均风速的波动或湍流对载荷设计产生主要影响，因为这是极端阵风载荷和大部分疲劳载荷的来源。叶轮转动会不断产生局部剪切阵风，使叶片的疲劳载荷加剧[4]。另外，在风电场中，运行在其他风电机组产生的尾流中机组会增加湍流，并减小平均风速[4]。

所以，风电场的风况条件较差时，不仅会使风电机组发电量降低，还可能造成机组部件（如叶片、主轴轴承、齿轮箱等）寿命缩短和损坏；风电机组振动增加，故障停机次数频繁。不同的风电场，其风况和环境条件各不相同，动态载荷的差异很大，因此，相同质量的风电机组在不同的风电场，部件损坏情况与故障停机状况不尽相同。

因为风电机组运行在非常复杂和多变恶劣的环境下，所以其承受的载荷情况也非常复杂，不同的载荷情况对于机组各个部件的受力情况都有不同影响，而确定载荷情况对于后续的设计来说是非常重要的基础性工作[2]。

为了使风电机组能长期安全稳定运行，我们在设计和制造时要重点考虑机组的抗疲劳载荷能力，在风电场选址时，充分考虑风况和环境对机组的影响，以避免部件损坏，延长风电机组的使用寿命。

1.2 风电机组部件多样化的损坏原因

我国的兆瓦级风电机组技术大都从国外引进，尤其是1.5MW机组。在风电行业高速发展时期，对国外技术的消化吸收不够充分、彻底，从而造成部件的损坏，甚至机组烧毁、倒塌事件的发生。在风电场实际运行经验不足的情况下，有的部件配套厂家和生产厂家已经大批量生产，再加上求业绩、赶工期等因素，确实存在一些风电机组或部件的质量问题。

激烈的低价竞争，质优、价高的产品难以进入市场，使产品质量进一步降低，从而造成风电机组部件寿命进一步缩短，甚至迅速损坏。

风电机组的部件损坏，不仅与其设计、材料选择、加工等因素有关，而且还与机组运行参数的设置、维修与维护质量、风电场的风况条件以及实际运行时间的长短等因素均有关系。

因此，机组部件损坏，不能简单地归结为部件的生产质量问题。

1.2.1 国产与进口产品质量上存在一定的差距

为支持我国风电产业，发改委还于2005年7月下发文件，要求所有风电项目采用的机组本地化率达到70%，否则不予核准；2005年10月再次发文，支持国内风电设备制造企业与电源建设企业合作，提供50MW规模的风电市场保障，促进风电制造业发展。

发改委的初衷是，促使企业尽快掌握兆瓦级以上风电设备制造和研发技术，创立具有自主知识产权的风电机组品牌，以提升整个风电设备制造的产业链。

在此背景下，我国兴起新一轮风电机组制造热。截至2005年年底，已向主管部门提出申请将要进入整机制造领域的大中型企业已超过50家。但据专家预测，中国市场最终只能容纳3家至5家本土整机厂商，风电机组制造业“洗牌”在所难免[5]。

从风电场的运行来看，不仅国产风电机组与国外原装机组之间还存在一定的差距，而且不少的国产化部件，在短时间内也难以赶上进口产品的质量。例如：风电机组控制器、发电机、齿轮箱、主轴轴承等，与国际知名品牌相比，无论从性能、质量，还是使用寿命方面，都还存在一定的差距。目前，差距虽在不断缩小，但要彻底消除甚至超越，还需假以时日。

1.2.2 机组部件损坏数量与机组实际运行条件、时间直接相关

风电机组中的任何一个部件，每天都有损坏的概率，随着时间推移，尤其是磨损件，其更换的比例和数量会不断增加。

不仅不同风电场的环境和运行条件不尽相同，而且在相同时间内，机组的实际运行时间也不一样。因此，对于同样质量的风电机组来说，在相同的年限内，不同风电场损坏部件的种类和数量必然会有一定的差别。

1.2.3 电网、风电场状况是造成机组部件损坏的重要因素

机组部件损坏可能是因为电网质量、升压站质量的问题，风电场内的局部电网（例如，电缆短路放炮造成机组的部件损坏）、雷击以及极端风况的频次等也是造成机组损坏的重要原因。

1.2.4 设计寿命与实际使用寿命存在差别

风电机组主要部件的设计使用寿命为20年，但不能认为机组每个部件的实际使用寿命都应该为20年（包括大部件）。

对于不少机组部件来说，其实际使用寿命能够达到20年。风电机组每个部件也都是按照20年的使用寿命来进行设计、制造和安装，但是，多数部件又是由众多零件组成，从理论上讲，每个部件都有损坏的几率，从而使得整个部件的实际使用寿命不能达到20年的概率大大增加。

例如，如果齿轮箱的每个零件都是按照20年设计、制造，齿轮箱又由多个零件组成。然而，一个零件的损坏就等于齿轮箱损坏，这使齿轮箱在20年内损坏的几率大大增加。有不少齿轮箱在几年之内就出现了损坏的现象。而随着运行时间的增加，齿轮箱失效的几率必然增加。

齿轮箱失效的主要形式是齿轮折断和齿面点蚀、剥落等。除了自身的结构和设计制造因素外，机组的动力学结构和特殊的使用条件也会加速齿轮的失效进程。由于运转中齿轮箱是变工况的，在齿轮受风载频繁变化冲击时，如果齿轮的微动磨损超过一般设计预期，往往使用2年至3年就出现齿轮的点蚀[7]。

机组在高速旋转时，主轴刹车器动作次数频繁；停机时主轴刹车器长期处于制动状态；机组的功率控制不当；齿轮油温度远低于正常值，致使齿轮油黏性太大，润滑不当；齿轮油的含水量、杂质严重超标；齿轮箱油位过低，油压不够等因素均会增加齿轮箱打齿或点蚀的几率，并缩短齿轮箱的寿命。

当风电场的风况条件较差时，不仅可能会造成叶片的断裂，主轴轴承损坏，而且，由于叶轮通过主轴与齿轮箱是刚性连接的，叶轮的横向、纵向不平衡载荷和交变应力会直接地传递到齿轮箱，不仅使齿轮箱齿轮的打齿或点蚀加速，还会造成齿轮箱的端盖、轴承、支架的破坏。这种不平衡力随叶轮直径的增大而增大，对于兆瓦级风电机组，叶轮直径较大，而在风能资源比较贫乏的地区，叶轮直径更长，齿轮箱所受的纵向、横向不平衡力更大，齿轮箱受损的概率增大。另外，在不同环境下，机组的启动和停止、发电机/变流器接通和脱开、偏航和变桨距机构的启停及机械刹车等引起的瞬态载荷次数不同，风电机组的运行和控制产生的冲击载荷不同。因此，齿轮箱打齿或点蚀情况也不尽相同。

国内外的气候条件和环境不同，风电场使用和保养水平、原材料以及制造和安装水平存在差异，大部分进口或国产齿轮箱都面临早期损坏的问题[7]。

1.2.5 出服务期后的大部件损坏问题

风电机组的能量来自于自然风，不需要不断地投入燃料，在一次性投入之后，维修、定检以及损坏件更换费用是其运行成本的重要组成部分。机组运行费用与发电量有关。一般来说，机组的实际运行时间越长，机组发电越多，部件的损坏几率也越大。因此，机组在出质保期后，部件损坏的费用应由受益方承担。

对不少机型来说，机组的定检、维护成本不高，部件（包括大部件）损坏应是风电场运营成本的一个重要组成部分，有的风电合同中规定，生产厂家对机组的大部件20年包修、包换，由于时间太长，且损坏部件的实际原因和责任难以确定，这样的规定，风电机组生产厂家难以进行准确的成本核算。因此，这种规定既不合理，也是不现实的。

1.3 不正常的产业链关系与行业亏损

由于电网限电，不少风电场的利用小时数很低，有的风电场处于严重亏损状态；同时，由于行业观念落后、标准不完善，行业运作机制不够规范，业主、生产厂家和配套厂家之间拖欠严重，造成风电机组生产厂家和配套厂家营运困难，甚至倒闭。

1.3.1 业主或电网造成机组部件损坏的责任承担问题

风电机组部件的损坏原因很多，情况复杂，往往需要综合分析。风电机组安装、风电场的建设质量、电网问题、业主人员的错误操作都可能造成机组部件的损坏。例如，在吊装时，由于导电轨安装不合格，从而造成导电轨损坏，或变频器的定子接触器烧毁，业主往往都没有经过责任认定就要求迅速修复，或更换。最终，全部责任与费用由生产厂家承担。从而导致生产厂家承担了不该承担的费用。

因此，国际上某些知名风电机组生产厂家，在销售合同中明确指出：在质保期间对于非正常维修和买方的错误操作以及由于正常磨损造成的损失卖方不负责任[6]。

1.3.2 风电场工况复杂和服务成本难以准确进行核算

不少风电机组生产厂家初次进入风电行业，对风电机组的运行知识缺乏。由于现场服务时间较长，有不少风电合同签订的服务期为5年，有的达到8年，生产厂家在报价时难以对风电场服务和部件损坏状况进行准确的成本核算。

由于技术没有完全掌握和实践经验匮乏，不少风电机组生产厂家对机组问题和故障难以准确定位，造成维修成本增加、资源浪费。例如，可以远程处理的故障规定必须到现场处理；可以通过后台软件提前发现的故障，在严重损伤，或损坏后才发现。例如：变桨轴承润滑不当，可以在没有报警停机之前通过后台软件的观察发现，结果在报警、停机，甚至已经损坏才能发现；再如，现场出现了重大事故，如机组倒塌、烧毁等，由于不能准确把握故障原因，在各种压力之下急于整改，造成不适当的整改方案出台，这样既浪费资源、影响发电，又不利于解决现场存在的问题。

1.3.3 风电机组的预验收与质保交机争议

一般风电合同有这样的规定，只有当合同设备中的最后一台通过预验收，或通过预验收的机组到达一定数量之后，则视为合同设备通过预验收。在通过预验收后，业主才可能预验收签字，业主才付给生产厂家验收款（注：风电设备的款项一般分为4部分，合同预付款约10%、到货款约50%、验收款约30%、质保款约10%）。然后，机组进入质保服务期阶段，也就是说，即使所有机组都已经投运，只要有一台合同要求的机组没有通过预验收，或者是通过了预验收，业主没有签字，机组均不能进入质保服务期，业主也就理当不支付生产厂家30%的设备余款。

有的风电场在机组到达现场后，由于运营商的原因，机组部分或全部不能安装，或者机组长时间运行而不能通过预验收。有个别风电场的机组全部投入正常运营两年以上都难以通过预验收，机组长时间运行发电而不能进入质保期。这样，实际的服务期远超过合同规定，增加了生产厂家的维修、维护成本。从而风电机组生产厂家承担了合同以外的费用。因此，生产厂家不仅增加了服务成本，同时也不能及时得到应得的货款；另一方面，机组的质保期到后机组不能正常出服务期，合同规定的质保时间形同虚设。

究其原因，恶性竞争、合同界定不明、或不按合同行事等是造成实际质保期延长的重要原因。这会造成生产厂家资金运营困难，只得拖欠配套厂家的款项，从而造成三角债再次泛滥，甚至造成不少企业运营困难，乃至破产。

所以，某些国外的风电机组生产厂家，在销售合同中规定：如果因买方的原因造成合同设备不能通过预验收，延误时间超过6个月，在此后20天内，买方应签署并由卖方会签合同设备的预验收证书；每套合同设备最后一批交货到达现场之日起，36个月内，如因买方的原因导致风电机组不能运行和性能验收试验，期满后视为风电机组通过最终验收，在此后20天内，应由买方签署并由卖方会签合同设备的最终验收证书[6]。

这就是说，在风电机组到现场后，由于运营商的原因，超过一定期限机组无条件通过预验收，或者是出质保期。如果没有严格的界定，行业不规范，生产厂家承担了不应承担的费用和责任，不仅让生产厂家受损，也不利于风电行业的健康发展。

1.3.4 整个产业链恶性循环

行业正常发展依赖于电网、风电场、生产厂家和部件供应商之间协调、有序地发展，产业供应链关系顺畅。

由于风电机组的增长速度太快，而与之相对应的电网改造滞后，一方面，弃风限电使风电场收入减少，另一方面，电网对风电场提出更高的要求（比如低电压穿越、有功无功管理、数据上传等），使机组生产运营成本增加。

在风电“过剩”的条件下，形成了电网压风电场、风电场压生产厂家、生产厂家压供应商，从而造成了产业链的恶性循环。

例如，北方某电网内的局部电网供电的电能质量严重超过国标规定，不定期、频繁地产生低频振荡，导致电网内大量的双馈风电机组脱网。电网不是采取改善电网的措施，首先是为机组脱网追责。电网要求机组要适应不符合国标电网质量的要求，要求风电场进行整改，以避机组脱网现象再次发生，如不整改，电网就不允许脱网风电场并网；而整改费用很高，风电场业主不愿出钱，要求风电生产厂家免费为其改造；生产厂家免费改造费用没法支出，不改造又怕失去客户；生产厂家要求供应商免费改造，供应商也不愿意。因此，此项整改措施至今仍然没有得到真正的落实和实施。

电网对风电场进行限电，没有健全的规章制度，电网可以按风电场的“态度”分配负荷，加上火电、地方利益与风电的冲突，风电场处于极其不利的境地；在风电机组产能过剩的情况下，生产厂家为了拿到订单，相互之间进行低价竞争；生产厂家为了降低风电机组的生产成本，配套部件大都以低价中标，真正优质的部件很难进入市场，不仅造成了配套厂家的不正常竞争，同时，风电机组的质量也难以保证，从而又直接影响到机组质量。

因电网限电造成风电场利润下降或亏损；由于行业标准不规范，低价恶性竞争，业主通过尽量多地侵占生产厂家利益，借此来弥补部分弃风损失，生产厂家和配套厂商不能及时得到回款，导致生产厂家和供应商运营困难，甚至倒闭。

2 结论

综上所分析，为了风电产业健康、可持续发展，需要规范市场，纠正不正确的行业理念；改变、完善企业的运作机制使企业运作适合风电的发展；完善行业标准、政策、法规；理顺电网、风电场、生产厂家、配套厂家产业链之间的关系，使行业内部的各利益群体形成相互协调、互利、共赢局面。

[1] 都志杰,马丽娜.风力发电[M].北京.化学工业出版社.2009

[2] Tony Burton（美）,等 .武鑫 ,等 (译 ).风能技术[M]. 北京:科技出版社.2007

[3] 王志新.现代风力发电技术及工程应用[M].北京.电子工业出版社.2010

[4] 叶杭冶.等.风力发电系统的设计、运行与维护[M].北京.电子工业出版社.2010

[5] 刘宏鹏,王伯瑜.“跑马圈风”盛行：产业新政策“好经”被“念歪” [EB/OL].(2006-06-01)(2013-0903) http://www.xj.xinhuanet.com/2006-06/01/content_7151661.htm

[6]东方汽轮机厂大力发展风力发电成效显著.[EB/OL](2007-04-09)(2013-09-03) http://www.sc.gov.cn/zwgk/jjjs/jjdt/200704/t20070409_177408.shtml

[7] 宣安光.国内风电齿轮箱产业现状和发展建议[J]风能.2013(8):48-50

Further Discussion on Wind Power Industry Problem (I)

Wu Gangjin1, Wang Mingjun1, Gao Yuansheng1, Zhao Qing2
（1. Dongfang Turbine Co.,Ltd., Deyang 618000,China; 2. Xi'an KUNBO Engineering Technology Co.,Ltd., Xi'an 710075, China）

As rapid development of wind power industry, some concepts and cognitive bias exist in the wind power practitioners, and some problems will wind power industry will arise inevitably. this paper analyses and explains some problems such as components failure and fatigue damage, and the issues about wind farm, grid, WTGs manufacturer and components suppliers.

wind farm; WTGs manufacturer; components suppliers; grid

TM614

A

1674-9219（2013）11-0070-05

2013-09-06。

吴刚金（1967-），男，高级工程师，硕士，从事新能源技术及质量管理工作。

王明军（1967-），男，高级工程师，硕士，从事风电现场技术和培训工作。

高原生（1966-），男，高级工程师，本科，长期从事风电技术工作。

赵庆 （1969-），女，工程师，本科，从事机械与测量工作。