我国风电规模化发展已十几年，早期安装的风力发电机组陆续面临寿命到期的情况。数据显示，到2025年之后，预计每年将有10000台以上的机组面临服役到期的情况，它们其中的一部分可能继续服役运行或经过技改换新后服役，也可能直接退役或换新。在确定后续方案之前，决策者有诸多问题需要得到答案，包括如何确定这些机组还能否继续使用，需要对它们进行哪些改造，改造后能否保证安全以及还能用多久。日前召开的“第七届中国风电后市场交流合作大会暨2020中国海上风电运维专题论坛”上，北京鉴衡认证中心风能事业部解决方案总监符鹏程带来了风力发电机组延寿技术难点分析的演讲，以下为演讲实录：

各位嘉宾上午好！今天上午华电专家对到期服役风电场可能面临的决策方向进行了深入而全面的阐述，并从政策、经济、技术的角度给出直接延寿、改造后延寿、退役的充实建议。我今天主要从技术的角度分析直接延寿、改造后延寿的技术难点。首先我将简要说明延寿的现状，并汇报国内外相关的研究情况，之后将对延寿相关技术难点进行分析，进而对延寿需要研究的方向、风电场拥有者在面临这些技术难点的时候到底能做什么工作进行深入的阐述。

信息表明，未来几年中国可能面临每年超过一万台机组到期服役的情况，2025年后几乎会呈指数型的激增，所以在不久的将来，也就是两三年内，大量的机组就会面临到期服役的情况。如何对这些机组进行决策，是延寿，换新，还是说技改后再进行延寿，或者直接退役，这都是决策者会面临的问题。对于到期服役的决策不能等到明年要到期服役了，或者下一个月要到期服役了，今天才开始着手分析这个到底应该怎么去决策，我们的建议是至少提前三年、最理想的情况是提前五年准备搜集数据，进行现场的分析工作。下面讲一个2016年英国的延寿案例，当时英国有19个风电场面临到期服役的情况，其中11个风电场选择了延寿，这里面有一些是直接延寿，还有一些是技改后的延寿。

作为拥有方资产，如何把风电场利用最大化，是决策者需要慎重考虑的，延寿是可以实现这一点的，当然也有情况比如说这几个风电场里面有一些是因为资金短缺或者因为新的环保政策，导致想做一些大的改造是不被允许的只能去选择延寿，这三种情况在国内也是经常会遇到的。除此以外，国内的决策者还面临一个问题，那就是容量规模和机组产能。未来，我们面临机组到期数量大概是每年10000台，这个数量跟新增的数量几乎是差不多的，考虑到我们的产能，肯定要选择一些机组去进行延寿。鉴衡针对目前国内21个风电场到期服役进行了调查，发现这21个风电场里面有14个都是延期服役的情况，我们得出了一个判断，中国有巨大的延寿需求，考虑到延寿评估一般宜提前数年（3-5）进行，这个需求预计会在2020-2025年出现。

延寿标准方面。2016年到2017年，国外研究机构发布了很多延寿相关的标准，但主要是针对欧洲市场。国内唯一的标准是鉴衡发布的延寿技术规范，它比较全面地给出了具体项目中在制定风力发电机组延寿可行性和延寿方案时的工作方法，明确了需要开展工作的范畴和关注点，可以用于寿命即将到期的项目确定机组是否可以延寿、能延寿多少，并作为制定必要的改造方案时的参考，也适用于任何需要确定风电机组寿命的情况——比如风电场交易时的剩余寿命的分析。IEC目前正在制定的IEC 61400-28延寿的标准预期是在今年年底发布，但现在各个层面之间的分歧还是比较大，有一些是技术层面，还有一些是标准整体可操作性上面还需要再充分探讨，共同努力去完善。

延寿课题方面。正在进行的国际能源署延寿课题（IEA Wind Task 42)由丹麦科技大学牵头，国内目前有鉴衡跟金风参与，我们呼吁国内更多整机厂、开发商一起加入到研究的行列。目前延寿还有一定的空窗期，我们有时间去做技术积累，两三年后到期服役的机组大规模到来，如果技术储备不够，就会很难对到期服役风电场做出精确的决策，所以我们希望国内更多机构一起参与到研究中来，针对中国的风电场，进行延寿相关的技术储备，并落地更加有可操作性的标准规范。

第三，延寿相关技术难点分析。首先我们要了解从行业角度，延寿到底想要获得什么？一是发电量，二是安全性。就发电量来讲，对于准备延寿的风电场，可以从历史的数据上推算它未来的发电量，再考虑一定的消减比例，是比较容易从技术上实现的，比较难的一点是安全性。安全性具体指两方面，一是到底多少寿命以内它是能安全运行的，二是说在运行的期间到底要制定哪些针对性的运维策略可以保证安全。延寿期间的机组如果还采用原来的运维方式是行不通的，可能需要针对一些我们分析发现的重点技术问题，比如：哪些是重点的薄弱环节，要针对性的去运维操作。在延寿期间，我们的运维成本是有所增加的，但这个比起它带来的收益还是相对较少的。要想给出机组的剩余可用寿命，以及后期的检查方案，我们需要做的工作有四大模块：实际勘察、数字模型、外部环境以及运行状态。如果能很简单、很方便的得到这四个模块，那么对延寿而言技术上的难点是很少的，但现在延寿面临的最大困境就是我们获取这四个模块的信息是很难的。

研究发现，2030年前我们面临延寿的机组几乎全是2MW以下的机组，而且是以1MW以下为主，很多开发商包括运营商都知道，对于早期小容量的机组上缺少了一个最主要的东西——SCADA系统，也就是说，它的历史运行数据是没有的。没有这个数据就意味着在机组历史运行中（比如说15年或者10年），它到底经历了什么样的状态我们是完全不知道的，是一个问号，那这个就导致了我们很难得到它历史寿命的损耗。除了这方面，我们原始设计资料和外部环境条件资料也经常是缺失的。原始资料的缺失，一部分是主机厂商退出市场，也有一些是因为不良的资料管理体系，还有一些进口的风机资料很难获取。原始资料的缺失，意味着我们难以建立反映机组真实动态响应的仿真模型；外部环境条件的缺失，主要是指早期的风电场测风塔不存在、测风数据丢失，这意味着我们不清楚机组在历史上经历过怎样的风速、湍流度；加上运行数据的丢失，所以很多情况下，延寿就像盲人摸象。在这种现状下，延寿技术难点的研究方向，更多的是考虑在这些资料缺失、条件有限的的情况下如何进行延寿的评估，怎样用技术手段、运营管理模式手段去解决。就运营管理模式上来说，我们建议如果一个风电场运行了比较长的时间（比如15年），这个风电场收益还比较可观，有延寿的可能性，那么可以提前数年（如5年）树立测风塔、对代表性机组加上SCADA系统，将资料及数据收集起来，为未来到期服役的风电场决策提供资料和数据支持。这对我们业主开发商来讲是一个比较低的投资，但能大大提高我们决策方面的精确度，获得比较大的回报。

下面我们看一下这些难点的具体内容，我们如何从技术上一一处理。

首先是实际的现场勘察，实际的现场勘察就是确认风电场到底有多少资料，有多少数据，它实际的机组状态怎么样，它的基础怎么样，在得到这些东西之后，我们才能针对性的去制定具体的分析方案。

第一步进行分析，比如说载荷结构，数据分析。不同的风电场分析主要的模块是这几个，但具体的应对方式对于每一个风电场是不一样的，我们需要有针对性地去建立分析方案。我们在此提出了资料分级体系，把资料和数据进行细化分类，目前鉴衡是采用以上这套体系进行处理的。这个资料分级应对体系，我们和金风也提供给了IEC，IEC也在考虑在这个基础上进行细化。

下一个是外部环境条件，就是说获取机组真实的一个外部环境的情况。当然我刚才也说如果我们提前树一个测风塔，比如说5年的时候，这个事情就解决了。有一些机构通过技术的方式去期望解决这个难点，比如通过临近风电场的一些数据去分析，通过中尺度数据分析等，这些方法可以进行，但也只是一个参考，方法本身很大的局限性，无论是从标准的角度还是从技术的准确性，它都是有很大的不确定性。这个问题从技术上其实是比较难解决的，更多的我们还是希望从运营管理模式上去解决，就是说最好是提前树一个测风塔。

另外就是机组运行状态数据的获取（包括SCADA数据、运维记录等），如果我们能够获取这些数据，就意味着我们能够了解机组真实的历史状态，比对之前机组停机次数、时长等，比如说在这个机组在前15年的时候停机时间相当多，那就意味着他历史上的疲劳损耗是比较低的，是有更大的可能性去延寿的，或进行一定改造进行延寿的；但是如果没有数据，是不支持做这些分析的，只能选择比较保守的方式。保守的方式就是什么？就比如说本来实际这个东西还能用6年，但现在因为没有这些数据，那只能通过保守的方式，保守的方式可能分析出来只能用一年或者两年，这个分析结果对于我们决策的意义就相当小了，所以我们的建议就是说要有这些方面的一些数据。有了这些数据之后，技术上有一个重要的难点就是说怎么把SCADA的风速数据给它还原到风轮前方去，因为SCADA的风速是风轮后方速度，它的实际大小、波动性均和风轮前方的来流风速不一样。我们现在研究的一个方向，如何通过短期测风，得出风轮前方来流风速和SCADA风速的对应关系。

下一个技术难点是如何建立数字模型，也就是说在实际勘查、环境条件、运行状态有具备的情况下，我们要想知道这个机组在历史上承受了怎样的载荷、怎样的冲击，我们需要得到一个仿真计算模型。仿真计算模型现在最大的问题就是设计资料的缺失，现在国内外主要的解决方式是采用通用模型，即如何通过有线的资料，结合现场的测量去获得机组的仿真计算模型，一般情况下，通用模型需要做一些基础的测试，尤其是载荷测试，通用模型不做载荷测试，就无法验证建立的模型是不是能够反映机组真实的动力学响应。通过载荷测试建立通用模型结果实例，可以看到通过关键参量的比对（如塔顶塔底、叶根、轮毂等）得到一个更为精确的动力学仿真模型，计算风力发电机组历史上经历的载荷，从而把这些载荷运用到我们寿命的计算上去。寿命的计算就是说现在四个条件都有了之后，如何得到我们最终期望的结果。算寿命的时候可以通过结构的一些分析方法去算出来，但这里面有一个最大的难点就是：如何把一些检查的结果，比如说现场检查基础的一些焊缝或者一些螺栓的裂纹，怎么把它反映到的这个寿命中去，就是说我焊缝比如说有多深有多宽，他到底带来了寿命上怎样的损耗，这是个需要解决的重点问题。是通过一些算法，包括一些经验上的判断，我们也是可以得出寿命衰减的曲线。当然这个除了用在延寿方面，这整套方法也可以用到在线的寿命监测上去，因为两个方法是共通的，但延寿的方法要比在线的更复杂，因为在线的基本资料数据都是已知的现成的。这个是我们做的一个案例，这个案例只用了3年的延寿的数据，对于延寿，它可能的数据量有15年，我们用15年的数据可以得到更精确的寿命预测的曲线，来指导我们将来做出决策，能用多少年，针对一些薄弱的部件，我们到底要做什么样的运行方式，成本如何，这些是延寿的主要技术难点，可以从技术本身去解决，也需要从我们的运营管理模式上去解决。

最后我总结一下，目前延寿面临最大的问题就是资料及数据的缺失，在这个情况下就带来了我们怎么去建通用模型、怎么去获取环境条件、怎么去获取运行状态、包括我们这个检查结果怎么放到数据分析上去得到最终能用多少年，针对性的运营方案到底是什么样的，这些主要的技术难点。解决这些技术难点一方面是从技术角度研究，建立一些数据库去做，另一方面就是我反复提到的，对于我们有可能延寿的风电场要提前规划，建议提前5年不低于3年进行相关的数据搜集工作、准备工作。如果我们有一些风电场，比如有可能是技改延寿或直接延寿，我们最好提前树立测风塔并对一些代表性的机组安装SCADA系统，以便于我们后面做精确的预测。最后重要的一点是：不同风电场延寿分析方案主要模块可能是一样的，但在处理具体一个风电场的时候，它的分析方法需要要有针对性的制定并执行，需要依据具体的资料等级去制定有具体的分析方案，以上是我的整体建议。我的演讲完毕，谢谢大家。