建立风电保险风险等级划分标准研究﹡

文 | 张世惠，张少为，陈灵锐

建立风电保险风险等级划分标准研究﹡

文 | 张世惠，张少为，陈灵锐

概述

目前国内风电项目中产品设计、制造、工程运输安装和运行维护的各个环节都出现过各类事故，造成设备损毁和人员伤亡。风电场存在上述问题可能是短时间大规模风电设备应用技术经验不够成熟等原因导致。随着国内风电机组逐步出质保期，大部件如齿轮箱、发电机、叶片等出险以及机器整体损毁的几率将逐年提高。一些风电业主或制造商购买了运输和安装险以及财产一切险、机损险、产品质量险等保险，上述问题对于保险公司来讲可能会增加赔率，势必保费提高，甚至不再承保，对于整个行业发展十分不利，因此风电风险的识别及其标准的建立十分必要。

中国人保财险有限公司与美国安全检测实验室公司(UL)与UL旗下100%所有权的德国风能研究院(UL－DEWI)就建立完成人保财险风电风险评估标准框架进行合作研究，旨在为风电行业风险评估提供有效工具，做到风电风险评估的统一和有据可循。本项目深入研究风电行业保险险种、国内外风险评估标准、案例等方面内容，旨在建立风电保险风险评估标准。参照执行该风险评估标准，可促进保险公司在接入电网运行的风电设备包括风电场，分布式设备和独立离网运行设备相关保险业务的开展。

本项目将充分利用UL和UL－DEWI国际品牌及所有的技术、标准规范和保险行业评估业绩经验并吸收借鉴国际上先进技术、经验和通行标准规范，结合中国国内风电及人保风险划分、分析、评估方面的案例、经验和标准规范，在风险等级评价标准起草编制等方面进行咨询。

风电风险分析

一、风电风险构成及特点

（一）风电风险构成

风电风险存在于政策、财务、自然灾害、技术设计及产品制造质量、工程建设、运营和维护以及人身安全等风电项目全过程。自然灾害、技术设计及产品制造质量、工程建设、运营和维护、以及人身安全等是风电风险的重要组成部分。从风险出险结果考虑，风电风险导致的事故通常是风电设备事故(如部件叶片、齿轮箱、发电机；结构性以及运输、环境)和安全性事故(火灾、人身伤亡)。近几年国外风电事故发生次数统计见图1。

（二）风电风险特点

（1）环境工况恶劣

风电设备多数处于“三北”地区及高原和山区，环境工况恶劣，如冬季低温、雷电、运输道路差、沙尘暴、结冰、地震、山体滑波、暴雨

图1 各类事故统计分布图

注：截至2014年3月底的统计，共计1549次事故，资料来源：www.caithnesswindfarms.co.uk (雪)。设备运输(如叶片超长)、安装和运行存在多重风险隐患，如果设计制造、运行维护方面风险控制措施不到位，设备损毁风险加大。风电常需进行高空作业，且地处偏远，风电机组分布分散，场内道路通行困难，给人员安全和设备及时维护带来风险。

（2）风能资源不确定性

风能资源是随着年度交替变化的，不同年份发电量不同，国外已经有保险公司承保这种险种。风电场需要更加高精度的风能预测体系，包括年度超长期的预测，以确保风险在可控范围内。

在风电场建设之前，风能资源测试位置选择错误、地形影响、计算模型错误、仪器误差等因素，都会导致可行性研究结论风能资源分析错误，以至机组选型和财务结论错误，最终导致风电财务经营风险加大。

（3）产品技术质量缺陷

风电主设备即风电机组生产商到2012年发展到近百家，除风电机组供货商外，随之而起的是大量的风电关键部件供应商，如叶片、齿轮箱、发电机、变流器等。风电多数供货商及业主是2006年以后开始搞风电业务的，技术来源较为复杂，有些技术路线风险很大。风电行业前几年超高速的发展也带来了产品质量风险，各类质量事故经常发生(包括运输、安装、调试、运行、维护)。

（4）人为原因

风电场曾多次发生由于厂家服务人员及业主现场人员操作不当引起的人员和设备重大事故。因此人员培训尚有差距，需要提高人员正确处理故障能力及个人安全防护的能力。人为的维护不及时以及备件供应不到位，也是发生事故的原因之一。

二、风电风险类别及分析

风电企业风险可能涉及风电政策(包括电价、接入电网及土地等)、技术风险(包括设备设计、制造、试验认证等) 、自然灾害、以及建设和运营风险等。本文将着重在设计、试验认证、运输安装和运行维护方面进行论述。

（一）设计类风险

图2 到2012底的美国风电缺陷统计图

风电机组及风电场设计是风电项目风险控制的第一关，从图2可以看出设计缺陷在各类缺陷中所占比例较高。

风电场设计包括初步设计(包括在可研中，含微观选址设计、电厂变电系统设计、工程管理设计等)，施工图设计等。风电机组是最关键的设备之一，机组整体设计是风电机组安全和可靠运行的核心技术。风电机组设计包括概念设计、初步设计、详细设计、工艺设计(组装、调试、试验)等。从结构划分，风电机组设计包括空气动力学设计、机械结构动力学设计和电气设计。

设计风险属于技术风险，它涉及设计来源、设计方法，包括设计师风险。有些设计缺陷导致的风险是灾难性或危险性的，如设备重大损失和人员伤亡事故，设备部件或整机出现批次性故障导致设备损坏长时间停运或部件提前报废。

我国风电行业设计技术的来源主要分为三种，第一种采用国外许可证技术转让，其设计源于国外，第二种采用国外设计公司的设计，包括所谓联合设计，第三种是独立自主设计。这三种设计风险等级不同。每一种的设计来源方的技术水平、经验有所不同，设计带来的风险就不同。

设计缺陷(设计师)风险：导致灾难性或高危险性的设计缺陷主要出现在安全设计方面。设计师由于没有获得良好培训，对标准没有准确理解或缺乏经验，导致计算错误、方法错误。这主要涉及极端载荷和疲劳载荷计算等设计参数。在所有工况下安全策略方面，设计中出现纰漏也是重要的设计风险来源。与重大质量控制有关的设计，如工艺设计、材料设计等，也是导致危险性设计缺陷的原因。

（二）认证与试验

第三方的试验、测试和认证是设备制造方、项目业主方控制设计风险、制造、安装及运行风险有效的手段之一。通过试验认证，检验设计制造和安装运行是否与标准、规范和合同的一致性(合规性、符合性)。在试验认证中发现缺陷或错误，及时提出不符合和改进意见并持续整改，引入风险划分和评价体系，确保质量控制体系的有效性和持续性，有效消除隐患，预防安全质量责任事故发生。

（三）运输与安装

风电设备在运输、安装(包括临时堆放和组装过程)中，存在设备严重损坏(包括设备丢失)和人员伤亡等安全生产事故风险，将给开发商、制造商等带来较大的人员和财产损失。

风电设备运输风险随着设备单机容量的增加而增大，风电设备外尺寸已经超出了公路运输的限制，主要是风电叶片长度超长。尽管生产厂家在风能资源丰富的地区附近设立了生产工厂，由于风电项目一般都在较为偏远的地区，如山脊、戈壁滩、草原、海滩和海岛等，为风电项目修筑的临时道路很难达到要求，因此大大增加了风电设备运输的风险，设备的运输方案就显得十分重要。

在选择风电设备运输方案时，需要综合各种因素的影响，要结合风电场所在地独特的地理环境及多变的自然天气，考虑实地操作的技术难度，进行多运输方案的全面分析比较。为了保证运输安全，承运单位必须采取一定的措施，除了尽可能利用已有的运输条件以及固定措施和特殊装具等防护措施外，还有可能涉及要求业主方修建新的道路等问题。因此，风电设备运输风险与运输承接单位的经验、运输距离、运输设备的外形尺寸、道路情况、安全防护措施等因素有关。

在风电设备安装过程中，主要涉及的风险是高空作业、大型吊车安全风险，主要出现的灾难性事故包括人员坠落身亡、触电、吊车倒塌致人员伤亡等。临时堆放和组装过程曾发生多起事故，包括塔筒倒塌、滚落、风轮滚落损坏(未使用专用固定装置)、设备人为破坏和丢失等。

风电场建设施工安装中安全质量风险也是风电保险相关的内容。施工方的安全质量管理、安全技术措施是否到位，质量监控是否按照标准、规范和合同执行、工程验收是否符合要求，都影响工程质量和今后风电场运行的安全和稳定。风电工程的安全评估及其标准是风电风险评估的重要部分。

（四）运营和维护

风电项目大部分风险出现在运行和维护阶段。风电场运行是长期的，按照设计寿命运行生命周期是20年。风电场运维风险包括人员重大伤亡事故以及火灾、风电机组整机倒塌等重大设备损坏事故。上述事故属于灾难性的风险，除此之外，设备一般损坏事故包括一般批次性质量事故，如齿轮箱、叶片等主要部件多台损坏，属于危险性或严重性的风险。这些是去除了设计、试验认证及生产制造阶段风险之外，属于运行维护不到位产生的风险，如图2所示。

风电场运行维护风险主要是安全管理体系建设不完善或执行力不够；没有按照要求进行巡视检查和及时处理缺陷；未按照安全技术措施要求配备安全装备设施以及对设备进行技术(健康状态)分析采取技术措施；没有按照规定进行安全技术培训，包括定期和岗前安全技术培训(包括应急预案、演练等)；没有按照规程规定进行技术监督，进行试验、送检、及时更换(或加注)消耗品等。

风电场运行维护中叶片、机械系统、电气系统的维护检查如果不能按照规定完成或存在缺陷未及时处理的话，出现风险的几率就会增加。

叶片出现的早期损伤，由于处于高空，不容易被发现。风险有可能涉及设计、制造及工艺、运输安装以及运行和维护。如果技术监督及时发现隐患并改正或改造，风险就会降低，雷击就是叶片损坏的重要原因之一。

对于齿轮箱风险，最重要的问题是及时、及早发现问题，如微观裂纹、微点蚀等，这些容易导致严重磨损或断齿，以及轴承损坏。这些故障最有可能的原因是润滑油失效(是否定期化验或按期更换)或长期缺少，还有轴对中及振动问题，包括高速轴制动或发电机电磁力矩反向传动到高速轴而产生的损坏。

火灾风险：近几年风电火灾风险呈上升趋势，主要风险是电气火灾和机械刹车长时间制动导致高热和机舱大幅摆动润滑油溅出起火，还有人为动火操作违章所致。火灾是灾难性的，常导致重大人员、财产损失。

产能风险：风电场风能资源随不同年份呈周期性变化。理论上，每年的变化是可以预测的。此外，由于叶片污染或磨损，气动性能会有所下降；随着地形或植物、建筑物的改变，风电场气流改变或切变改变，也会影响偏航正确性，从而影响发电量。风电场运维质量优劣直接影响风电场发电量，包括管理、设备健康状况、备件和检修质量等。

风电风险识别划分标准及方法

风电风险识别评估划分标准，应广泛依据行业公布的标准、法规、规范所确定的通用风险识别方法，将这些标准、规范与风电设备的风险评价结合起来，需要将风电场建设运营过程可能出现的风险进行界定、归类、分析统计，并由不同的关联方讨论达成共识后，上升成为行业标准，供行业应用。采用国际标准《系统可靠性分析技术——失效模式与影响分析》（IEC60812 Analysis techniques for system reliability -Procedure for failure mode and effects analysis (FMEA)）中风险值(RPN) 概念，对风电设备风险等级进行判定。风险值 (RPN) 包含了风险严重程度(S)、风险出现概率(P) 、风险降低措施(D) 三个方面的评价指标。

根据《机器安全－风险评估》（ISO/ TR14121-1-2007 Safety of machinery-Risk assessment-Part 1∶ Principles; ISO/TR14121-2-2007 Safety of machinery-Risk assessment -Part 2∶ Practical guidance and examples of methods）、故障树型分析法 (FTA)（IEC 61025-2006 Faulty Tree Analysis）等国际标准，从系统的失效现象出发，分析系统的动作原理、运行条件、运行环境等因素，查找失效原因及造成系统失效的可能部位。在进行故障树分析系统失效现象时，将系统失效不断向下展开，直到无法继续展开为止，从而找到失效的底层要件，以及不同层面事件的逻辑关系。分析失效后对系统造成的影响程度，以及系统内的检测装置、隔离装置、保护装置是否足够，从而决定是否需要进行系统的安全改造。

根据图3，叶片损坏率是最高的，且危险性较高甚至是灾难性的，可能导致机组完全损坏而报废。齿轮箱等机械传动部件也有较高风险出险概率，包括批次性损坏风险。电气等部件其危险性相对低，但出险风险频次相对较高。

针对风电风险的识别划分标准，我们需要考虑如何进行故障风险级别设定和判定标准，以及哪些措施可以抑制风险的发生。风险值 (RPN) 的表征考虑了诸多因素，重要的两方面是本身风险严重程度和防范措施的实施有效性。我们需要根据不同部件或总成的风险类别、事故概率和严重性，对应不同的安全技术措施是否在设计、制造、运输、安装和运维各个过程中采用和实施，进行风险判定。有必要将上述方面的评判内容编制成核查表，从而给不同相关方使用、辨识和共识。

事故统计报告：为了风电行业持久健康发展，目前国内行业协会在政府支持下定期(每年)发布《全国风电设备运行质量状况调查报告》等风电设备质量的数据统计分析和事故调查报告，以及发电数据和限电情况。这些报告是分析风电故障频次、机组质量重要和权威的数据。对于不同机型、部件等，分析报告可以给出不同风险出现概率的分析结果。

根据不同年份的调查结论，不同部件或故障缺陷的出险风险概率有可能是不同的，那么根据风险概率的结论，以及不同现场采取的措施及其有效性，就可以定义出该风电场某个风险等级。风险等级的高低还与历史数据、安全记录有关，包括管理体系的运作有效性。通过全国风电指标的发布，采取对标分析的方法，也是评判风电场风险水平等级的一种方法。

风电风险管控措施

图3 截至2012底美国风电结构故障统计图

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表1 德国2011年风电索赔情况一览表

随着风电行业的高速发展，近几年在机组可靠性、风电场安全生产方面，出现了上述各类问题和风险。这些问题和风险可以通过人为干预以及技术防范措施得到有效控制，包括政府的政策法规、技术标准的修订和完善，以及各风电企业的有效执行。

一、安全风险管理系统

风电项目的风险管理应贯穿于风电场整个寿命周期，包括规划设计阶段、工程实施阶段、运行维护阶段等。风电场应建立安全评价体系，包括安全管理体系、安全培训、安全技术措施等。定期对风电场出现的典型事故案例进行分析，查找原因，提出防范风险的措施并落实。

风电场应建立设备健康状态管理系统，通过采用状态监控手段，对设备的健康状态进行评价，并定期召开技术分析会，对设备出现缺陷进行剖析、提出消除方案。在风电场以设备状态为设备风险管理的基础上，建立设备可靠性管理系统，对风电场设备可靠性数据及时记录和分析。

二、安全风险技术系统措施

（一）风电机组安全控制措施

风电机组的安全风险控制中，设备安全风险控制和人员安全风险控制是最重要的两个环节。风电机组设备安全风险控制功能需要在机组设计中确定，如风电机组安全控制功能。根据国际或国内有关标准规定，风电机组在外界出现超出风电机组设定极限工况情况下以及机组本身出现运行故障时，机组应有2套独立制动系统使机组安全可靠停止运行。在机组生存极限条件内，机组应保证不会损坏。

风电机组的安全控制功能应根据ISO/ IEC以及GL等国际通行标准，审查机组设计是否满足标准中有关内容的要求。有关安全控制功能方面的风险评估，可参考国际标准ISO 13849（ISO 13849-1∶ 2006 Safety of machinery-Safety-related parts of control systems-Part 1∶ General principles for design）以及IEC 61508（IEC61508-2010 ed2.0 Functional Safety of electrical/ electronic/programmable electronic safetyrelated systems）等有关风险评估规定。安全功能控制系统风险评估中，应考察机组安全链设计是否达到所需安全性能水平，安全监测控制系统水平以及执行机构如变桨系统是否符合安全控制性能的要求，包括变桨备用电源的监视检测。

表2 风险值设定表示例

表3 核查表示例

根据风电机组结构和设计，可以依据ISO13849划分风电机组安全控制功能的风险等级。不同的规范可能存在风险等级设计方法的不同。

（二）事故原因分析和诊断平台建立

风电机组出现故障失效或是否存在潜在失效缺陷，需要分析和诊断才能判定故障及故障产生的原因，通常采用在线诊断设备和离线设备两种方法。风电机组事故发生后，查找原因和采取改进措施是降低风电场风险的必要手段。判定故障通常有如下几种方法：

机械和电气系统在线状态分析系统：目前市场上有一些状态监视和报警系统在风电机组上应用，主要是振动状态监测。国家标准已要求2MW以上单机容量风电机组应安装该系统，国外有的保险商将状态监测作为承保的必选项。

专业实验室：有些故障需要在事故发生后现场查勘或取样，送回实验室做试验，如材料理化试验。通过试验可以判定损坏的性质如极限强度或疲劳强度破坏。通过实验室试验，可以判定事故的原因，如产品工艺问题或材质问题等。

专家诊断平台：有些故障的判定需要有一定技术水平和经验的专家，方能准确给出事故的原因。根据专家的技术经验，建立专家诊断平台，是有效判定风险和有效实施改进措施的途径之一。

（三）统一风电风险评价标准建立

除上述ISO/IEC等通用机器安全控制标准外，风电标准如IEC61400系列以及国家标准都在不同程度上涉及安全风险评估方面，如整机或部件，安全及其安全功能方面的评价标准要求。国际上一些国家标准或行业区域、企业也有一些标准涉及到人员安全、运维要求、防火规程等安全风险内容。

由于上述标准涉及风险内容分散在不同标准中，存在相互的一致性和完整性问题，有些内容也没有得到关注，因此需要编制行业系列风电风险等级评判标准。该标准将有利于中国保险及风电行业标准水平的提升，有利于引入和指导第三方风险评估机构参与风险的评价。

结论

在中国人保财险公司灾害研究基金的支持下，UL/DEWI正在进行风电风险保险划分标准的深入研究，并已取得了阶段性的成果。本文依据国内、外风能方面保险风险有关标准、本课题研究的部分成果、已有的经验和技术、以及国内、外的风险案例，对风电风险识别、划分的方法和标准进行了论述，这些风险涵盖了设计、技术来源、制造、运输、安装、自然灾害、运行、维护等风电所涉及的诸多方面。

（作者单位：张世惠、张少为：美国UL公司；陈灵锐：PICC中国人民财产保险股份有限公司）

﹡本文受中国人民财产保险股份有限公司灾害研究基金项目资助。