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摘 要

海上风机长时间处于恶劣环境下运行，它的核心部件比如为叶片，齿轮箱，发电机，变流器，变桨系统，偏航系统，测风系统，制动系统，控制系统等都有着失效风险，但各个部件的失效风险是不一样的。

因此，为了更好的将资金投入到应该投入的地方，比如高风险系数的失效部件，需要采取适当的分析法，计算比对出高风险的部件失效模式和低风险的失效模式，这样才能找对方向，将相应的物力人力投入到合适的部件研发维护当中，不会浪费多余的资源，做到物尽其用。

本文在考虑到海上风机运行地点特殊和部件会遭受极端天气以及内部可能出现损坏的情况下，采取失效模式和影响分析（FMEA）方法分析风机故障模式，通过利用历史故障部件数据，采用三种指标严重性，检测和出现频率，将其相乘获得风险优先级编号（RPN），进而获取海上风机的典型失效风险评估，比较分析典型失效模式的失效原因，针对这些失效原因提出海上风机失效风险的对策。

关键词：风能利用，风机失效风险评估，风机失效对策，FMEA。

Abstract

Offshore wind turbines are operated in harsh environments for a long time, and its core components such as blades, gear boxes, generators, converters, pitch systems, yaw systems, wind measurement systems, braking systems, control systems, etc. have all failed Risk, but the risk of failure of each component is different.

        Therefore, in order to better invest funds where it should be invested, such as high-risk coefficient failure components, appropriate analysis methods need to be adopted to calculate the comparison between high-risk component failure modes and low-risk failure modes, so that we can find For the direction, invest the corresponding material resources in the R amp; D and maintenance of the appropriate components, without wasting extra resources and making the best use of resources.

      In this paper, taking into account the special location of offshore wind turbines and the parts that will be subjected to extreme weather and possible internal damage, the failure mode and impact analysis (FMEA) method is used to analyze the wind turbine failure mode, and the three indicators are used by using the data of historical failure parts Severity, detection and frequency of occurrence, multiply them to obtain the risk priority number (RPN), and then obtain the typical failure risk assessment of offshore wind turbines, compare and analyze the failure causes of typical failure modes, and propose the failure risk of offshore wind turbines for these failure reasons. Countermeasures.

        Keywords: Wind energy utilization, fan failure risk assessment, fan failure countermeasures, FMEA.

目录

1.选题背景与意义 1

1.1风能发展和风机发展概况 1

1.1.1风能发展概况 1

1.1.2风机发展概况 2

1.2国内外研究现状 3

1.2.1国内研究现状 3

1.2.2国外研究现状 4

1.3目的与意义 6

2.FMEA分析方法 7

2.1 FMEA内容简介 7

2.2 FMEA的使用过程 7

2.3 FMEA注意事项 8

2.4 FMEA在各个领域中的应用 8

3.海上风机部件故障的历史统计数据和FMEA评定方式 9

3.1风机构成与功能以及相应的失效模式 9

3.2风机故障历史数据表和计算 11

4.风机失效风险分析评估 15

5.风机失效对策 16

6.结论 17

参考文献 18

致谢 19

1.选题背景与意义

1.1风能发展和风机发展概况

1.1.1风能发展概况

在社会和经济快速发展的背景下，全球对可负担的低碳技术的需求从未如此高涨。化石能源等不可再生能源越来越无法满足发展中国家的需求，而电力工业中煤炭使用的增加也使世界与能源相关。2018年，二氧化碳排放量达到了历史新高。随着世界能源系统电气化的发展，对负担得起的低碳技术发电的需求从未如此迫切。风能是一种新的可再生清洁能源。健康。风能是世界上增长最快的可再生能源之一，具有绿色清洁，价格低廉和其他环境效益。因此，如何利用风能更有效地发电已成为世界上许多国家环境能源发展的未来研究方向之一。海上风电的独特性在整个时代都在促进电力系统的发展中发挥了作用。当前数据表明，当前海上风电项目的投资额为40％至50％。这是因为海上涡轮机的尺寸越来越大，正在开发和替换的其他先进技术正在帮助人们更有效地提高机械能向风能的转化率。在当前的风能转换中，海上风能与某些国家的天然气和燃煤电厂的容量因子相匹配-尽管海上风能不能始终根据人类意愿进行转换，但目前海上风能储备仍是它远远超过陆上风能储备，是太阳能利用率的两到三倍，这非常令人震惊。海上风能的转换效率与海上风的强度有关。当海上风能的强度在允许范围内持续增加时，海上风能的转换效率将越来越高，但海上风能的发电变化率低于太阳能。发电。与太阳能发电相比，海上风力发电通常在较小的浮动范围内波动。根据官方数据，海上风电每小时的波动约为30％，太阳能发电的最大峰值幅度可以达到50％。

海上风能存储的两个高价值优势及其出色的稳定性使海上风电技术可与基本负荷技术相媲美，因此拥有自己的类别可变基本负荷技术。在欧洲，中国和美国进入冬季之后，在印度进入季风季节之后，海上风能可以一天24小时工作以发电，并且通常在冬天发电更多。这些显着的优势表明，海上风电技术的可用性远高于普通陆上风电技术。从长期发展的角度来看，海上风力发电系统比陆地太阳能发电系统要稳定得多。从电力安全，高利用率和环境保护的角度来看，海上风电可以为人类和自然生态系统做出杰出贡献。这样，可以帮助国家和公司减少融资难度，并且不需要依靠大量投资来维持该系统的运行，还可以减少二氧化碳和有毒气体向大气的排放和污染。尽可能多的大气系统，并能有效地保护地球的大气环境。由于离岸区域广阔，这意味着由于土地规划和影响人们的社会生活而不必限制海上风力发电系统的安装。它可以尽可能地开发和安装，而不必担心会影响社会。

海上风能非常有前途，有望取代大多数化石燃料和太阳能转换，成为未来三十年世界环境保护发展需求的主要动力之一。随着人类知识的不断发展，海上风电的系统成本和维护成本越来越低。将来，它甚至将成为高科技和低成本行业，技术成本也在下降。到2050年，世界海上风电将成为现实。再加上其相对较高的系统价值，这将使海上风能成为最具竞争力的电力来源之一。目前，在欧洲的商业价值评估中，海上风力发电以非常快的速度超过天然气发电。根据中国政府的一份报告，到2030年，海上风电场的竞争力将能够与燃煤发电竞争，前景广阔。在美国，最近的研究还表明，海上风电是一个值得投资的未来能源项目。

1.1.2风机发展概况

1973年，世界各地爆发了能源危机，世界各国开始研究风力发电。风力涡轮机的独立容量越大，所需的单元服务器就越少，并且建立相应基础架构的成本就越少。可以有效降低开发整个风力发电机组的成本。风力发电厂产生的功率越大，规模越大，风力发电的成本降低越多。例如，与300kW风力发电机相比，600kW风力发电机减少了约20％。从近年来的发展趋势来看，风力涡轮机的单位容量一直在线性增加。在1980年代初，商业用途的风力发电机组容量达到了56kW，从1980年代中期到1990年代初期达到100-450kW.

海上风力涡轮机市场一直在高速发展，其发展势头不合理。这也是由于世界技术的飞速发展。从2010年到2018年，全球海上风电市场几乎每年都在增长。在未来五年中，有30％计划在全球范围内完成约150个新的海上风电项目，这表明海上风电在电力供应中的作用在英国，丹麦和德国的领导下，欧洲将得到进一步加强。欧洲推动了这一技术的发展。鉴于这一技术的发展，世界上海上风电运营能力最大的国家是英国和德国。在尚未开发的海上风能领域中仍然有很大的空白区域，值得人类发现。到2040年，全球海上风电装机容量将至少增加15倍，业务规模将达到1万亿美元。目前，全球范围内已计划的有效政策以及大型公司讨论的风电投资计划，全球海上风电市场的投资正以两年30％的增长率快速增长，并将在接下来的二十年。进入风电市场的资金将达到6400亿美元，几乎达到天然气或燃煤发电所能达到的水平。实现全球气候和可持续性目标将需要更快的增长：到2030年代，容量增加将需要每年接近40 GW，使累计投资超过1.2万亿美元。

世界上越来越多的地区和国家制定了相应的政策，以简化风电项目的开发。他们对海上风力发电的发展前景非常乐观。他们认为这种能量转换技术值得大量投资。欧洲和北海有多个国家（例如，英国，德国，荷兰和丹麦）都制定了相应的海上风能政策安排。尽管该技术比传统的发电技术更新且还不成熟，但中国正在为海上风电行业迅速开发相应的服务，目标是到2020年提供20GW的疏hub枢纽。在美国，风力发电市场始于以非洲大陆为首的联邦政府。同样，在韩国，日本和越南等国家，其政府部门也设定了政策目标并正在开发相应的能源项目。这是为世界能源市场而战。

海上风能和海上油田开采相互帮助，使这两个不同的能源项目相结合，可提供更多就业机会并促进经济发展。由于混合供应链技术以及海上风电和海上石油开采的要素之间存在许多相似之处，使得石油和天然气公司能够发现多年前海上风电项目所蕴含的丰富而有前途的市场前景，因此他们争先恐后地投资在项目中。根据有关数据，海上风电项目的发展前景（以及建设和维护）中约有40％与海上油气行业有明显的互助。这表明，在未来的三十年中，欧洲和中国的市场融资可能达到4000亿美元甚至更多。基础和海底结构的建设以及与平台维护和检查有关的实践也提供了潜在的跨领域服务。除了这些机会外，海上石油和天然气平台还需要电力，通常由燃气轮机或柴油机提供电力，但可以由附近的风电场提供电力，从而减少了二氧化碳排放，空气污染物和成本。

海上风能加快了清洁能源的转化海上风能通过使电力脱碳并生产低碳燃料来帮助推动能源转化。在接下来的二十年中，其扩张可以阻止全球电力行业将二氧化碳排放量减少50亿吨至70亿吨，同时还可以通过减少对进口燃料的依赖来减少空气污染和提高能源安全性。欧盟准备继续领导海上风电业以支持其气候目标：其海上风电的装机容量将至少增加四倍。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

目前，中国已经形成了相应的大规模，商业化的海上风电开发研究开发体系。根据国家人口普查数据，中国在高海拔海域的海上风电开发潜力仍然很大，而且随着海拔的升高，可以开发更多的油田。根据各省的海上风电规划，全国海上风电总规划超过8亿千瓦，重点布局分布在江苏，浙江，福建和广东。“十三五”期间，中国海上风电建设规模约为500万千瓦。该行业约有1000万千瓦，到2030年的装机容量将达到50至8000万千瓦，具有广阔的发展前景。

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