质量为本，打造可靠环保风电工程

文 | 陈长春

2017年，随着各级政府环评、审批工作的收紧，再加上市场紧缩，风电行业的发展再次放缓。具体来讲， 2017年1月－9月，全国累计新增吊装容量仅为17.6GW，同比下滑23%；新增并网容量9.7GW，同比下滑12%；国内招标总量约16GW，同比下滑15%左右；全国风电完成投资397亿元，同比下降14.1%。

装机量在下降，但风电发电量、平均利用小时数等却在提升，2017年1月－9月，全国风电发电量累计2128亿千瓦时，同比增长26%；全国风电场平均利用小时数1386h，同比增长135h，这一方面体现了弃风限电的情况在好转（同比下降6.7%），另一方面也说明风电机组本身发电性能在提升。

不过，即使风电机组本身发电性能在提升，国内对于风电的其他负面评价还依旧存在，如噪声、视觉污染，占用大片土地，不稳定、不可控，成本高，影响鸟类等。针对这些负面评价，作为风电整机装备企业，中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部（下称“中车株洲所风电”）除了基于产品功能不断提升产品发电能力、产品可靠性外，还从环境、居民等各相关方的角度去重新定义质量，并与风电场建设单位、风电场运营单位一起提升整体风电工程质量，打造可靠环保风电工程。

可靠环保风电工程的定义及特征

可靠环保风电工程是从两个维度定义的：一是从设备及工程的维度，要做到可靠，也就是在设备及工程20年的设计寿命内，通过规范有效的运行维护，设备及工程可以按照既定设计参数指标等运行，达成设备及工程的各项运行目标。二是从环境和社会的维度，要做到环保，确保不造成水土流失、不产生噪声污染、不影响居民及动物等、不对环境（土壤、空气等）产生有害物质及废弃物质污染、不给社会带来过多的资源重复投入及浪费。

也就是说，可靠性环保风电工程的特征有如下两点：

（1）设备及工程可靠，能在规定的时间内（20年）、在规定的条件（对应的风电场自然环境及客户运行要求）下实现既定设计功能，达成风电场运行目标。

（2）环境亲和性强，不给环境带来环保方面的负面影响，甚至还能美化环境，真正达到清洁能源的效果。

可靠环保风电工程的实现路径

为了打造可靠环保的风电工程，中车株洲所风电自2016年以来，以质量为本，开展了大量工作，也取得一定效果。

一、将环境、居民等各相关方需求及期望定义为产品质量的一部分

2017年，中车株洲所风电通过ISO9001－2015版体系换版认证。在2015版质量管理体系中，关系管理是七大质量管理基本原则之一；在标准条款中，也特别明确提出“4.2 理解相关方的需求和期望”的要求。

作为风电整机装备提供商，中车株洲所风电的相关方主要包括：产品实现相关方（技术提供商、物料供应商、运输业务提供商等），风电场建设相关方（地方政府、风电场建设单位、风电场吊安装单位等）、风电机组运行相关方（风电场生产单位、地方政府、电网/电力公司、附近居民、生态环境等）。针对这些相关方的需求和期望，在质量管理过程中需要进行识别、定义，并提前制定标准要求，将相关要求嵌入到产品实现过程，确保相应需求及期望能够得到满足。

例如风电机组运行噪声问题，因为会影响附近居民生活，在湖南山区一些风电场会遇到居民投诉。对于此种情况，中车株洲所风电组织设计人员进入风电场现场实测风电机组噪声，结合自身感受，对标环评标准、优化内部产品设计标准，将噪声削减设计、噪声检测等纳入到产品设计开发过程，确保最终出厂的产品能够满足居民等相关方的需求。此外，还将风电机组设计及风电机组机位设置作为一个整体考虑，结合机位设置的特殊情况优化对应风电机组噪声设计，若无法通过合理的风电机组噪声设计满足对应机位点的需求，则优化机位设置，避免风电机组机位离居民住宅太近。

又比如风电场建设对植被的影响问题，为了做到让路能够修窄一点，吊装平台能够修小一点，中车株洲所风电2017年在进行2MW系列产品以及3MW平台产品开发过程中，特别组织对运输工艺及吊安装工艺等进行评审，其中3MW平台产品就考虑了分体运输、吊装的方案。

2018年及以后，中车株洲所风电将持续加强对相关方需求的识别，系统优化对应的产品设计标准及检测标准，明确对风电场建设的特定需求，确保能够满足环境、居民等相关方的需求和期望。

二、将产品质量管理从t＝0时往t＜0及t＞0扎实拓展

对于风电机组来说，t＝0时的质量是指风电机组交付给业主时的质量，即240考核验收时的质量；而t＜0及t＞0时的质量分别是风电机组240考核验收以前及以后的生命周期质量。中国风电行业目前几乎所有的风电机组均还未达到20年寿命期，前期采取t=0时的质量来评价各整机厂交付的产品，很多都是合格的；但随着时间的推移，陆续爆发出一些影响产品正常运行的质量问题。少数整机厂/部件提供商因为t＞0时爆发的批量质量问题而导致公司经营走入困境，同时也因为问题无法有效、快速修复影响了风电场投资方的收益。因此，整机企业不仅仅需要管理好t＝0时的质量，还要通过加强t＜0及t＞0时的产品质量管理来最终保障好产品交付后的生命周期质量。

要保障好产品交付后的生命周期质量，需要重点从如下三个方面开展工作：

（1）针对t＜0的质量管理，要做到在设计前端考虑部件、系统的寿命，通过FMEA分析识别部件、系统等可能会出现的故障模式，形成预防措施或风险管控措施，通过仿真分析、可靠性预计、可靠性试验与验证等方法确认并优化部件、系统等的寿命。风电机组作为复杂的机械电气一体化系统，因受限于国内风电机组市场需求（市场需求新机型推出速度快、销售价格低），如果要进行全面的可靠性试验，时间和成本方面都无法满足。因此，充分的可靠性预计、分配，可靠性试验系统策划、仿真以及风电场运行验证等方法都是保障产品可靠性的有效方法。

（2）针对t＞0的质量管理，在无法有效做到设计前端预测及试验验证的情况下，充分收集公司及行业内曾经出现过的产品故障及产品质量问题，分析其故障机理及问题发生原因，形成设计优化方案及质量管控优化方案等，避免类似问题的重复发生。国内风电行业在快速发展的过程中，出现了一些典型、共性质量问题，这些为整个行业质量与可靠性提升提供了很好的原始资料。每个企业都可以在这些问题的分析、解决中获得很多经验。2017年，中车株洲所风电发动全员，共同梳理、识别风电机组运行过程中典型故障及批量质量问题（5台及以上风电机组共性质量问题），组建专项团队，对这些问题进行攻关分析并形成解决与实施方案。典型问题包括风电机组漏油漏脂问题、风电机组虚报故障问题、变桨系统问题等，均从原理层面进行分析及验证，形成了有效解决方案。一方面大幅改善已投运风电机组的可利用率、MTBF指标，另一方面也为新产品优化提供很多具体的方案，最终取得了新开发机型调试后运行故障次数连续数月为0的好效果（目前还在持续验证中）。

（3）构建风电整机运行状态评估系统（t＞0时），进行实时监测及定期评估，对评估发现的问题予以及时处理，并将问题解决方案转化为设计准则，嵌入到正常产品开发流程中。风电机组运行状态评估系统也是风电机组的体检系统，体检的目的同样是为了预防，在问题快要发生但还未发生的时候采取行动，或者是基于指标的趋势去判断风电机组可能出现的问题，并提前采取措施，从而提升运行质量及可靠性。

以上内容可用图1表达： t＝0时以合格率来评价；t＜0时，要通过可靠性设计与验证保障t＞0时，产品在生命周期内的合格率水平均能得到保障；而t＞0时，要通过故障数据分析、运行数据分析来识别问题及潜在问题，并及时有效解决，同时将解决措施反馈回t＜0时进行新产品改进与提升，保障产品质量水平的持续迭代提升。

图1 产品生命周期质量管理

总的来说，保障好t＞0时的产品质量，就是要做到提前预测及预防、从根本上解决、实时监测与改进。这也是目前中车株洲所风电采取的风电机组整机质量及可靠性提升思路与方案，后续需持续扎实推进。

三、可制造性、可维护性、简统化、标准化设计促进生命周期更“节能环保”

资源（不论是人力资源还是物资资源），对于整个社会来说都是有限的。节能环保不仅仅体现在如何让客户通过最低的价格采购到最高性价比的风电机组，也体现在企业自身如何用最低的成本制造出高可靠性的产品，还体现在风电机组投入运行后，企业自身以及客户能够如何用最低的运维成本保障最好的运行效能。这就要求企业在产品设计前端考虑可制造性、可维护性以及简统化、标准化设计。具体表现为：

（1）通过可制造性设计提升风电机组制造过程质量及效率。如，考虑员工加工难度，合理优化产品部件组合及产品布局；考虑试验电量消耗等，采取增加变频变流电路以及非阻性负载等方式设计试验系统；结合生产线投入需求，合理优化设计；推行三维设计及三维工艺，通过三维模拟验证可制造性等。

（2）通过可维护性设计、远程智能运维等方法，降低企业自身及客户运维成本，提升运维效率。这就要求企业对产品的运维需求进行充分识别，结合运维需求系统优化产品设计及运维方案。在远程智能运维方面，搭建机组智能自校系统实现离线或在线判别，通过样机验证自校系统，提高故障预测模型准确性，实现风电机组质量监控和预测，并对关键部件实行寿命预测；将运维流程及方法与定检维护需求及典型故障排查需求结合起来，指导运维人员快速运维。此外，远程智能运维及风电机组寿命评价、预测技术的推行，可以让风电场在运行过程中减少人工运维成本，提升风电机组智能水平，让风电机组能够实现与环境更进一步融合。

（3）简统化、标准化设计是产品质量可靠性提升、成本下降、效率提升的基础，也是生命周期“节能环保”的基础，需要持续扎实推行。具体如，2017年，中车株洲所风电将物料质量KPI指标纳入研发质量保证管理办法，实施月度管控，实现同一平台机型的订单产品物料复用率达88.3%。试点M20以下小型紧固件的简统化工作，综合技术、质量、商务等角度对紧固件进行简统规约，使紧固件种类缩减近50%。物料复用率的提升，促进了整个供应链的成本下降，同时也提升了产品质量。

四、以市场为导向，以顾客为关注焦点，打造实用可靠及环境亲和性风电工程

二十世纪初，丹麦等国在多风的海岛和偏僻的乡村使用小型风电机组，体现的就是以市场为导向，以顾客为关注焦点的原则。风电产业进入中国后，早期充分利用内蒙古等地较好的风能资源去替代煤电，减轻给环境带来的污染，满足国内供电市场需求，这体现的也是以市场为导向。到现在，风电进入山区、平原，甚至城市，同样充分考虑的还是市场需求。

2017年10月31日，国家发展改革委、国家能源局正式印发《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》，将国内风电市场化推上新的日程。各建设单位、整机装备提供商、地方政府，均在积极行动以发掘分布式风电可以给企业、社会带来的效益与价值。整机装备提供商作为风电的核心技术提供商，需要在这个新日程中积极行动起来，联合建设单位、地方政府，依托技术创新及运维管理变革等，打造真正具备实用可靠及环境亲和性的风电工程。而在此过程中，前述技术、管理方法都需要用起来，但同时应该重点结合分布式风电的不同客户、相关方以及分布式运维的成本、效率等各方面需求，结合分布式风电与乡镇、城市居民以及工业用电更加贴近、系统稳定性及可靠性要求更高的特点，持续开展技术及管理创新与变革。

总结与展望

自20世纪初到现在，风电以清洁、可再生等特点在服务着世界各地有能源需求及环境优化需求的国家及居民。风电技术发展到现阶段，其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。同时，因为风能资源的普遍性，相较水电，风电更加不受自然环境的约束。除了中国以及已经开拓风电市场的国家，世界上还有不少缺乏煤炭、水力等资源的国家。因此，只要真正以质量为本，关注市场与环境需求，聚焦技术与管理，将环境亲和性需求纳入到风电工程设计及管理优化的范畴，持续开展技术及管理创新与变革，风电定将持续以清洁的姿态服务社会。