風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)使用壽命一般為20年，但事實(shí)上，通過小型和低成本維修，許多風(fēng)力渦輪機(jī)使用壽命可超過最初設(shè)計(jì)值。本文介紹了德國風(fēng)力渦輪機(jī)安全評價(jià)方法和結(jié)果。

由德國風(fēng)能協(xié)會(huì)創(chuàng)建的一個(gè)工作組制定了風(fēng)力渦輪機(jī)壽命延長評估基本原則，以確保風(fēng)能可持續(xù)利用。這個(gè)工作組由制造商、技術(shù)專家、運(yùn)行人員、法律專家和有關(guān)當(dāng)局代表組成，其任務(wù)是詳細(xì)說明設(shè)計(jì)壽命結(jié)束后風(fēng)力渦輪機(jī)安全運(yùn)行所需的技術(shù)要求。

壽命延長評估原則

為評估渦輪機(jī)當(dāng)前狀態(tài)，壽命延長評估通常在運(yùn)行許可有效期最后一年進(jìn)行。如果正在考慮分拆渦輪機(jī)、或在中期預(yù)算規(guī)劃，則宜在較早階段進(jìn)行。通常，初步結(jié)果，如是否可繼續(xù)運(yùn)行、何時(shí)更換特定部件等不需物理檢查就能得到，并可在以后某個(gè)時(shí)間點(diǎn)納入壽命延長評估。

確定風(fēng)力渦輪機(jī)是否可超過其設(shè)計(jì)壽命的評估包括兩部分，這兩部分并行進(jìn)行。分析和實(shí)際評估方面專家在整個(gè)過程中相互幫助與配合，在分析評估和現(xiàn)場檢查后，起草一份狀態(tài)報(bào)告，詳細(xì)說明延長使用壽命所需要求，如修理或預(yù)防性更換轉(zhuǎn)子葉片螺栓通常是必要的，因它們是達(dá)到其設(shè)計(jì)負(fù)荷極限的第一要素。因此，通過狀態(tài)報(bào)告可準(zhǔn)確計(jì)算出延長壽命所涉及的潛在費(fèi)用。評估結(jié)果為衡量繼續(xù)運(yùn)營的機(jī)會(huì)提供了寶貴資料，對幫助風(fēng)電場運(yùn)營商進(jìn)行決策具有重要的意義。

渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

安全評估過程中一個(gè)關(guān)鍵因素是確定風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。驗(yàn)證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所需的測試主要集中在從轉(zhuǎn)子葉片到基礎(chǔ)的承重部件、安全裝置、制動(dòng)系統(tǒng)和渦輪控制系統(tǒng)；需計(jì)算渦輪機(jī)在其使用壽命期間的實(shí)際負(fù)荷，并將其與設(shè)計(jì)負(fù)荷進(jìn)行比較。穩(wěn)定性信息通過計(jì)算機(jī)模擬完成，模擬反映了型式試驗(yàn)后的設(shè)計(jì)情況及環(huán)境運(yùn)行情況。此外，還應(yīng)對渦輪機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場檢查。

環(huán)境運(yùn)行情況包括風(fēng)電場地特有的風(fēng)況。為計(jì)算運(yùn)行期間負(fù)荷，應(yīng)利用過去20年運(yùn)行數(shù)據(jù)和機(jī)艙風(fēng)速計(jì)數(shù)據(jù)對20年的平均風(fēng)速、湍流強(qiáng)度和極端風(fēng)事件數(shù)據(jù)進(jìn)行量化。如這些數(shù)據(jù)已丟失，則使用其他數(shù)據(jù)集(如，再分析數(shù)據(jù)集)進(jìn)行長期推斷。對其它增加了各種容量的風(fēng)電場，在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)要分別計(jì)算每個(gè)風(fēng)機(jī)及每個(gè)風(fēng)電場布局的湍流。

環(huán)境條件和所需文件

在分析評估中，根據(jù)渦輪機(jī)技術(shù)文件和環(huán)境運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算可繼續(xù)運(yùn)行的潛在時(shí)間段。風(fēng)電場運(yùn)營方負(fù)責(zé)安排評估時(shí)間并提交相關(guān)文件。文件包括渦輪機(jī)制造和調(diào)試有關(guān)信息、渦輪機(jī)運(yùn)行許可證，維修、檢查和保養(yǎng)報(bào)告、運(yùn)行和生產(chǎn)數(shù)據(jù)、接線和液壓圖。此外，還需一份記錄最后一年轉(zhuǎn)子葉片的技術(shù)報(bào)告。

技術(shù)文檔不完整情況經(jīng)常出現(xiàn)。缺少的證書和技術(shù)文件，如制造和調(diào)試階段文件可從制造商處獲得。若制造商已不存在，則采用與其他渦輪機(jī)進(jìn)行比較及基于以往經(jīng)驗(yàn)的評估來填補(bǔ)知識的空白。

渦輪機(jī)的物理檢查

壽命延長評估的實(shí)際環(huán)節(jié)是現(xiàn)場檢查渦輪機(jī)物理狀態(tài)。在測試和檢查前，分析已有信息和數(shù)據(jù)，檢查技術(shù)文件、報(bào)告、天氣和性能數(shù)據(jù)，以便對渦輪機(jī)的測試檢查集中在已有問題和缺陷方面。

物理評估的目的是記錄渦輪機(jī)部件和設(shè)備的任何損壞或異常磨損。承重和與安全有關(guān)的部件要詳細(xì)檢查：審核維護(hù)記錄，并將渦輪機(jī)狀態(tài)與技術(shù)文檔進(jìn)行比較；要特別檢查變速箱、其他齒輪或軸承配件是否有腐蝕、明顯裂紋和可疑噪音跡象；此外，對一些特定類型的渦輪機(jī)還要進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，如某個(gè)生產(chǎn)期內(nèi)質(zhì)量管理方面已知的問題、某些部件或設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致過早的損壞等。

對渦輪機(jī)主要部件，如轉(zhuǎn)子葉片、支承結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)評估，建議在損壞嚴(yán)重情況下立即關(guān)停渦輪機(jī)，以免危及繼續(xù)運(yùn)行的安全。然而，大多數(shù)檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)損傷較小，且是由腐蝕、風(fēng)化和材料疲勞引起，如轉(zhuǎn)子葉片或電纜需經(jīng)常維護(hù)、風(fēng)電場周圍環(huán)境變化需密切關(guān)注、計(jì)算湍流時(shí)須考慮鄰近位置的膨脹等。

分析評估

在壽命延長計(jì)算時(shí)，除將工作負(fù)荷與設(shè)計(jì)負(fù)荷進(jìn)行比較外，還要考慮物理檢查的結(jié)果。疲勞負(fù)荷用模型軟件進(jìn)行模擬，該模型考慮了場地特定風(fēng)力條件和設(shè)計(jì)條件。對所有有助于渦輪結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的承重部件進(jìn)行檢查：包括塔樓和基礎(chǔ)、螺釘和螺栓、傳動(dòng)鏈承重部件、輪轂、軸、轉(zhuǎn)子葉片、制動(dòng)系統(tǒng)和安全裝置。評估報(bào)告給出了到達(dá)設(shè)計(jì)負(fù)荷前的剩余時(shí)間。此外，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，編制一份說明，強(qiáng)調(diào)繼續(xù)運(yùn)行所需的立即措施及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)須采取的措施，如更換零件或個(gè)別檢查等。

只要風(fēng)電場在其設(shè)計(jì)壽命內(nèi)運(yùn)行，且不超過設(shè)計(jì)條件，就能使材料疲勞損傷保持在規(guī)定的安全水平內(nèi)。TUV SUD經(jīng)驗(yàn)表明，許多渦輪機(jī)仍可在設(shè)計(jì)壽命外運(yùn)行，且不超過這個(gè)安全水平。在許多情況下，現(xiàn)場風(fēng)況使負(fù)荷比原計(jì)劃要低，因此，渦輪機(jī)支承結(jié)構(gòu)往往沒有明顯損壞，通常只需較小和經(jīng)濟(jì)的必要維修。壽命延長評估決定渦輪機(jī)是否可繼續(xù)運(yùn)行，并協(xié)助管理人員和經(jīng)營者規(guī)劃其資產(chǎn)的未來。

壽命延長評估也可用于計(jì)劃維修和預(yù)測渦輪機(jī)剩余壽命期可能發(fā)生的成本。通常在渦輪機(jī)設(shè)計(jì)壽命結(jié)束后，在申請延長保單時(shí)，服務(wù)提供商也會(huì)要求進(jìn)行該評估。