7月2日，在上海国际海上风电及风电产业链大会海上风电专场论坛上，上海电气风能有限公司产品项目经理赵大文先生做了主题为“海上风力机的可靠性设计——借鉴西门子G4平台经验”的发言，北极星风力发电网整理现场内容如下：
【赵大文】：各位专家，各位领导，各位风电同仁大家早上好，我是上海电气风能有限公司，G4平台的产品项目经理，我今天发言是海上风力机的可靠性设计——借鉴西门子G4平台经验，就是西门子G4平台的经验的分享，刚刚施总叫我介绍一下，上海电器就是一年半前跟西门子成立两家公司，一个是上海电气风能有限公司，风能有限公司负责产品的销售和维护，还有一家公司就是西门子风电上海有限公司，它主要负责机舱生产，目前这两家公司还是相对独立的，现在在一个整合期。还需要一段时间整合，以提高整个公司的运行效率，但是这两个公司来说，都是上海电气占大股份。
这个西门子G4平台还是挺陌生的，其实G4就是3.6到4.0机组共用的平台，我主要讲的内容就是回顾一下海上风电和陆上风电巨大差异，这个是老生常谈了，但我希望有一点新内容，第二点就是G4平台的演变过程，包括它演变过程积累的经验的分享，第三点就是G4平台设计可靠性是怎么样保证的，它主要是通过大量测试和经验。海上风力机跟陆上风力机最大的不同主要是受外部条件不同，就是海洋条件，我们可以看到一些主要受海洋条件新增的条件，包括波浪，洋流，包括腐蚀，非点电区等等，对我们风力机的影响是在这个方面，包括海上载荷，防腐蚀设计，还有海上条件不同，对运输安装的设计要求是更高的，这个对海上来说是更困难，我们国内情况是这样，就是陆上机组移植到海上机组，我们国内更重视的是海上载荷这些规范大家都研究了，包括防腐蚀，大家很早就听说这种概念，所以大家都很重视，包括所包括底部地沟和基础介绍，以前介绍很多了，在这方面国内做的不错的。
但是真正我们国内缺少的一些相关经验，从设计上来说，在运输安装维护、运行维护方面的研究是很缺失的，比如说我们国内更倾向用的安装公司是整体吊桩，但是这个吊桩方式是成本最高的方式，对我们主机企业也好，安装公司来说这方面没有投入更大的研发，更多的是被动的接受安装公司的方案，对欧洲来说这个有很多设计上的考虑，这个就是海上风力开发我们国内要重点考虑的未来。
刚刚说安装，我们简单介绍一下陆上安装跟海上安装很多的对比因素，许多不同点，对陆上安装是很灵活的，容易的，到海上来说，受天气制约，受船只制约，会有不同的影响，包括我们对施工的安排，在陆地来说我们可以部件运输到机位上一个一个装，对海上来说是动态的，安装完一台才可以进行第二台安装，如果第一台受到风况影响，后面动态就要另外计算了，但是我们又要求很高的精确性，所以东西，所有的部件都是是运到船只上进行的，对海上施工安排要求更高。
还有一个就是运输，陆上运输，我们只要关注陆上的运输就可以了，海上运输要关注陆运、海运，设置空运，这个东西还有陆运转海运，然后海运再转陆运，由于大部件尺寸问题，这个要多种备案，需要我们在设计上多考虑的，还有就是现场存放，在陆地来说是很方便的，有很多种选择，对海上来说我们只能运用有限的码头来存放，还有在陆地上风力机主要的安装制约一般就是吊车容量，吊车调整还是挺大的，除非是特殊环境，但是对海上来说，有很多的技术制约，特别是天气的制约还有安装船的制约，国内也好，世界范围来说，安装船也是有限的，怎么跟这些安装船协调，怎么利用安装船特点，这个有是一个海上安装最主要的制约。
对于陆上项目来说，这个项目执行延迟的因素主要就是部件交货，其他来说风险比较低，对海上项目来说，我们受天气条件，刚刚说的船只，还有项目管理，海上项目基于这么多不同点，更多是管理层对整体的把控，对这些环节都要有强的把控能力，回归到海上风机设计来说，从设计上我们很难考虑这么多，就是基于经验了。对海上来说这方面考虑在设计上还是经验最重要，经验上的学习。
维护的话，海上维护和陆上维护有很大的不同，陆上如果是大部件失效，就是吊车，人力进场，基本10天就可以排出这个故障，但是海上的话，从安装船的协调，到一个比较专业的团队，安全风险，运营风险都很大，到保险，到排出故障，欧洲的经验也要60天，维护成本来说，海上是陆上的12倍，发电量的损失，光从天数来说就是6倍，基于海上的风机特点，我们对可靠性的关注是至关重要的，昨天领导的论坛也提到了可靠性。现在海上可靠性大家是越来越重视了。
回到整体来说，整个海上风机运营，我们总的目标还是要降低我们部件成本，这个是一个简单公式，我们的部件成本可以简单用这个公式表达。风力机机组成本，还有一次性建设投入成本包括后续维护的成本除以整个发电量，基于海上发电特点，我们整个机组为了让海上项目收益更好，我们总目标还是要降低发电量的成本，但是对海上来说，风力机的成本一般也就占30%左右，如果我们要降低我们的成本，更好的选择就是提高风机的可靠性，这样只利用了30%的一小部分，可靠性在我们投资建设中和运行维护中就可以降低成本，同时发电量大大提升，所以为获得海上风电更好的收益来说，我们要投入更大的研发成本，在风机的可靠性研究上。
第二个主题就是G4平台一个演变的过程，包括它的经验的分享，我们简单回顾一下西门子海上风电的历史，全球第一个风电场就是西门子的前身，这个风电场是一个450千瓦的机组，现在还在运行，全球第一个兆瓦级的海上风电也是西门子前身建设的。包括到2003年丹麦当时的最大的风电场166兆瓦的风电场也是用西门子的机组，2.2平台，2.3平台，英国的最著名的风场到2012年也是当时全球最大的疯长，也是用西门子，我们G4平台的机组，第二代产品3.6120这个产品，目前世界最大的“伦敦支链”的海上风场也是用的西门子G4平台的。直到两个月前，一个荷兰的风场，用的就是G4平台最新的产品4.0130这个产品。
我们上海电器和西门子合资公司就是想利用西门子的海上成功的海上经验更好的服务中国的市场。G4是目前最成功的平台，也是海上装机容量最大的平台，而且它有持续的升级，截至2013年底G4平台装机容量已经到了902开，主要是英国的一些工厂，丹麦的一些风场，还有德国的风场，上海三年前也装了一台，上海的一个3.6兆瓦的120的机组，那个是第二代的产品。
下面我介绍一下我们G4平台的整个演变过程，我们第一台G4机组是2004年出来的，通过中间5年的经验的积累，到2009年第二代，升级了两款产品3.6107和102的机组，对于我们这一款平台的第一次升级，主要是设计上进行经验教训的积累，还有就是风能增大以提高发电量，这个更多是我们国内的主机厂做的事情，主要是做一些经验教训的改良设计还有增大功能的设计，部件基本加强的设计，最新的一款平台就是2002年到2014年推出的平台，这个平台的升级就是融入了更多的技术含量，包括平台整个升级，风能增大，发电量的增加。
这个就是最新的，上海电气和西门子合资公司引入中国的产品，4.0130产品，有一些基本的升级和创新，这个是包括叶片的气弹定制设计，包括状态监控系统预测功能，预测故障的升级，齿轮及发电机的设计，轮毂设计的优化。
我们新一代产品130风能的叶片，是完全创新的设计，是以借鉴自然理念的，气弹定制设计，我们知道对大叶片来说气弹不稳定是很大风险的，震拆什么，造成机组非常大的振动，通过气动结构，耦合的一些设计优化，西门子新推出的这个风机，就是气弹耦合设计来降低载荷，基本的原理就是它通过气弹耦合，在遇到阵风，高产流的时候，它可以实现被动的扭转，这样让整个叶片疲劳载荷，极限载荷有很大幅度的下降，这个叶片重量是跟我们第二代产品重量是一样的，但是扫平面积，风能直径都增加了很多，发电量提高了10%多，这个叶片还有很多的设计亮点，它的叶型设计，已经靠近叶跟了，把叶跟这部分的风能也利用了，包括一些上面的气动附件就不一一展开了。
西门子状态监测系统已经有十几年的历史了，国内叫CMS，这个系统有十几年的历史，它在2000年在一个风场批量装机了，4.0都标配了这个系统，目前世界上由于有2000太风力机安装了这个系统，这个系统最好的先进性就是可以做一个预测的运维的预警，它相当于十几年的大数据积累，通过大数据的分析，可以提早三四个月把未来的预期发生故障判断出来，然后做维护准备。比如说它内部齿轮箱有一个缺陷，某一个运行了一段时间，但是外面看不出来，已经可以通过它状态评估，它可以预警到两三个月之后会出现比较大的裂纹。这个两三个月前就可以做维护工作。
这个是它机舱升级情况，机舱也是根据海上多年的经验积累，做了很多优化设计，包括它支撑机构的优化，它整个支撑机构更简洁了，包括里头的连接螺栓的数量，支撑杆件的抒情，焊接的位置，它都进行了优化，包括它易维护的设计，它的液压寨，再现滤油器，位置进行了重新的整合，包括它机舱和轮毂，和卡桶的设计，这个方便了海上安装，机舱和轮毂的安装还有整个机舱和卡桶的安装相对比较简单，缩短的施工周期，包括整个机舱封闭式设计也进行了升级，保证它环境控制的监视器，盐分过滤器，保证整个机舱是一个密闭的微环境。对防腐起到了较大的作用。
对齿轮箱和发动机也进行了升级，基本上齿轮箱和发电机还是基于3.6这些都是一些成熟的设计，多年经验积累的设计，它在齿轮机做了优化改进，比如说齿轮箱承载能力的提升，疲劳测试的验证已经验证了。包括一体化设计更提高了可靠性，还有发电机的改良，包括综合料率的提升，还有温度的降低，这些都是大部件提升，包括轮毂也做了全新的设计，G4平台4.0最新的轮毂，采取了直驱式的，整个轮毂外形进行了拓股结构一块。西门子整个设计理念，轮毂的设计理念都是直驱的设计理念，包括它轮毂本来大家看到图片本来有一个鼻子的，现在扁平化了。
最后我想介绍一下整个G4谈了这么多可靠性，最后我想说，G4平台的可靠性如何保证的，它做了哪些测试工作，整个G4平台测试验证超过了200项，从第一个阶段，测试重点载荷的测试啊，噪音啊，动力曲线，根据5年的经验积累，西门子觉得这些测试不足够，在第二个阶段就用了机舱的测试，还有叶片轴承的测试，到现在又经过了两三年，现在最新的平台，G4平台，又进一步扩展，包括机舱和塔架的联合的振动测试，齿轮箱的优化疲劳测试，还有发电机变轴器的测试，冷却系统的测试。
下面我简单介绍一下整个措施的情况，整个G4平台验证，测试体系是一个完备的测试体系，包括原材料测试阶段，零部件测试阶段，整个系统测试阶段和整机的测试阶段，对材料来说，对整机测试大家比较熟悉，零部件来说，个别零部件比如说叶片测试我们做得也比较多，系统可能国内也做过，在这里我重点分享一点内部，对部件来说，最主要的测试一个是功能性的测试，它功能完备性，还有关键部件的加速疲劳的测试验证，这些测试验证都是基于风场多年的经验，还有就是行业标准的，哪些部件需要测试。测试的主要部件就是轮毂，叶片，主轴轴承，叶片轴承等等，这个就是叶片的测试，提到疲劳测试，国内已经展开了很多公司，在疲劳测试的，国内的有载荷处理的方法，一些保证叶片怎么进行，这个问题还是整个国内不太清楚的，西门子叶片疲劳测试已经进行了20多年了，包括发电机的测试。包括供站单位的测试。这张图片就是变桨流程的测试，这个就是模拟了变桨轴承承受弯矩的时候它的滚刀的测试，这三个叶片载荷还是略有不同的，这个就是模拟了正常情况下的，整个轴承承受的弯矩。这个叶片是更长的叶片，里面是灌满混凝土的。措施是通过变桨系统，来回变桨收桨的运动，来测试变桨轴承的滚刀的特性。
这种测试平台就是主流的主轴平台推力感受的测试，这个都是在部件层面让风机的可靠性得到验证，在实际的风场就不会出可能性的问题，在介绍一下相当于从系统层面测试，我简单介绍一下，机舱振动平台的测试，对我们来说，我们更关注的一些大部件的疲劳测试，但是到海上，往往是小的部件出问题也会出问题，这个机舱测试平台就是模拟机舱在实际塔架上振动的过程，模拟它振动对机舱内部零件产生的疲劳，一些小的支架，它都可以测试出来，如果有什么不正确的地方，或者有什么对可靠性有影响的，都可以通过机舱测试来模拟出来，进行设计优化，它还可以模拟偏航。尽量是模拟更真是的里老载荷情况。
整个G4平台在设计验证上投入了非常大的经历，以保证我们的产品交付到用户它的可靠性都得到了保障。我介绍的内容就是这些，谢谢各位。
