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安全:风电产业发展的底线与生命线

发布时间:2022-05-12 14:27        来源:赛迪智库        作者:刘文婷

风电产业大规模、高质量发展是落实“双碳”目标任务的重要战略选择。大力发展风电产业对调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设具有重要意义。在政策引导和市场需求的双重驱动下,全国风电产业实现了快速发展。截至2022年3月底,我国风电装机容量约3.4亿千瓦,同比增长17.4%。“十四五”期间,风电产业将继续迎来跨越式发展。同时,我们也注意到,风电产业发展面临诸多挑战,安全问题就是重中之重。

事故屡次发生,安全问题突出

当前,我国风电产业驶入倍速发展的快车道。装机容量的快速增长,催生了风电运维市场进一步扩大与增容,且随着风电产业从三北高风速地区向中东南部及海上延伸,风电塔筒也随之增高,由早期常见的90米、100米,逐步攀升至120米、140米甚至160米。越来越高的塔筒一方面呈现出我国风电技术的创新升级,另一方面也带来愈加增长的安全风险。据不完全统计,2020年以来国内风电市场发生了至少35起事故,主要集中在倒塔、火灾,其次是吊装和运输。

表:2020年以来部分风电事故汇总

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近年来,风电场建设和运行安全事故频发,暴露了风电产业安全管理基础薄弱。风电产业安全管理的特点是“点多、线长、面广”,整个产业链安全管理涉及技术研发、零部件制造、整机组装、检验认证、投产运营、电场退役及各种配套服务等环节,若各环节间连接不畅,无疑都会埋下安全隐患。特别是自2020年初至今,我国风电产业的安全问题更为突出。2020年是风电产业正值抢装,走向成熟,迎接平价的一年,行业发展最为特殊,但风电场建设质量却亟待提高。                  

安全事故多发原因

分析事故原因,主要有三大方面:一是自然灾害。风电机组多安置在风能资源较好的各种复杂地形地带,如旷野、山顶等,运行环境恶劣,极易遭受雷击、台风、海啸等自然威胁;二是人员操作。现场作业人员安全意识不强,技能水平不高,安全防护措施不到位;三是设备质量。开发商盲目追求速度,忽视风电场建设质量。部分早期投产的老旧机组故障率逐年增加,严重时引起倒塔等事故。

1、自然灾害

恶劣的自然条件是造成风电事故的最主要原因。为吸收更多风能,风机的高度随着轮毂高度和叶轮直径增高不断增高,遭受雷击的风险也不断增加,可以说雷击已成为自然界中对风电机组安全运行危害最大的自然灾害之一。雷电释放的巨大能量,会造成风电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。此外,根据建设区域的不同,风电项目受到的自然灾害也具有差异性。在北方地区,陆上风电场常会遭受到风沙、洪水等灾害侵袭。在东部沿海地区,海上风电场往往远离陆地或处在潮间带地区,面临着更险恶的自然环境,容易受到台风、海啸或者盐雾等自然环境的影响,风险更高。

自燃灾害不可避免,但可通过各种新材料和新技术的应用来降低损失。比如针对雷电对设备的破坏特性,可在叶片上翼面复合材料中加入具有良好导电性能和比重轻的碳纤维,优化机组的防雷设计;通过对桨叶使用被动式涂层技术和主动式加热技术,有效解决南方高海拔风电场冬季温度低、湿度大,风电机组易受冰冻影响的问题。

2、人员操作

当机组相关运动发生错误或偏差后,现场作业人员不按照规章程序的要求盲目开展后续处理措施,往往造成“二次犯错”形成严重后果。

一是“抢装潮”带来的不良影响。2020年风电业主为抢电价,短期内上马了大量工程,导致近两年工程施工需求出现大幅增长。部分开发商盲目追求速度,忽视风电场建设质量。特别是电场多位于边远地区,领导层和员工对安全问题认识不到位,安全管理基础薄,加之现场作业人员流动性大、难免会出现安全防护措施不到位、人员违规造作、人员培训及技能水平欠缺等情况,都有可能发生安全事故。

二是专业技能培训不足。风力发电涉及专业较多,专业性强,员工必须有较高的专业知识、技术业务水平和必要的操作技能。然而,目前行业内普遍使用国家通用标准的技能培训,缺少专门针对风电产业的专业技能培训,也尚未形成一套与其风险特征相适应的培训模式。并且,领导层抱有侥幸心理,也不愿投入过多的资金加大员工培训。

3、设备质量

首先,不良市场竞争导致风电设备质量无法保证。伴随着风电产业的长期发展,低价中标、原材料管理不善、使用劣质设备以保持市场占有率等行业乱象一直存在,其产品质量问题逐渐凸现。特别是受到“抢装”影响,为了赶进度和控制成本,项目质量安全受损,本质安全性无法得到充分保障。很多风电供应商提供的零部件质量可能存在问题,部分零部件甚至是不符合出厂条件的,都是“先装上了、再修”,这些都加大了建设和运营的风险。

其次,风机在役多年后关键部件性能早已下降,运行故障频繁。部分国产风电机组由于早期设计能力不足和工艺水平较低,发电机、齿轮箱、控制系统、电气系统等故障频繁出现;随着时间推移,越来越多的机组超过质保期,许多“慢性、隐性疾病”逐渐加重。据不完全统计,截至到2019年,我国已有近10万台风机超出质保期,规模达到1.2亿KW,从而引发的安全事故也日渐增多。

促进风电产业安全健康可持续发展

安全是生命之本,是风电产业可持续发展的基石。针对近年来风电事故多发的现象,一是加强顶层设计。从产业规划、产业政策、法规标准、行政许可等方面加强风电产业安全生产管理。落实风电场重大事故上报、分析评价及共性故障预警制度,定期发布风电机组运行质量负面清单。二是加大研发本质安全型风电设备。应用新材料、新技术提高风电机组的本质安全设计,提高叶片、齿轮箱、发电机、变流器和轴承等关键零部件的安全保障性能。推动科技创新和安全信息化建设,实施重大危险源在线监控与预警技术,从源头降低事故风险。三是加强员工培训。定期开展人员安全教育和培训,提高整个施工队伍的专业技能水平,并增加应急演练,以应对各种突发情况。

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