双碳目标引领下,我国风电产业驶入发展快车道,陆上风电持续深耕,海上风电加速布局。随着大批风电机组服役年限不断增加,风机叶片开裂、损伤、断裂等故障频发,老旧机组运维压力陡增。一支青年科创团队瞄准行业痛点,推出**集风智翼——多模态融合风机叶片智能监测系统**,以多传感融合、AI机理协同的创新技术,为风机叶片健康保驾护航,探索风电存量时代智能运维新路径。
全球风能理事会数据表明,中国在全球风电新增装机中占据举足轻重的地位。国内风电产业政策持续加码,坚持陆海并举,不断完善消纳体系,鼓励技术创新与规范化发展。截至2025年末,全国风电累计装机规模达到6.4亿千瓦,五万余台风机运行超过十年,正式迈入存量运维时代。行业数据显示,2025年国内风电运维市场规模逼近500亿元,预计2026年突破540亿元。市场需求升级之下,传统人工巡检模式弊端日益凸显,智能化预测性运维成为行业转型的必然方向。
风机叶片作为风力发电机组最核心、最脆弱的部件,一旦发生故障,代价十分沉重。一台6兆瓦风机一旦非计划停机,每日发电收益损失可达数万元,维修周期动辄半个月以上;单支叶片造价高达百万级别,更换、检修会带来巨大经济负担。更值得警惕的是,叶片断裂事故还会带来设备损毁、现场安全风险,推高保险与运维成本,成为悬在风场运营方头顶的一把利剑。
长期以来,国内风场普遍沿用人工目视、敲击探伤、单点超声波、红外热成像等传统检测手段。人工巡检需要人员登高作业,安全风险高,只能识别表层可见破损,对叶片内部潜藏的微裂纹束手无策;敲击检测高度依赖老师傅个人经验,没有统一量化评判标准,操作不当还会给叶片带来二次伤害;超声波检测只能小范围接触探测,红外成像极易受光照、温湿度干扰,很难实现全天候大范围监测。种种短板,造成传统运维大多处于“故障发生后再抢修”的被动局面,很难做到隐患早发现、早处置。
为破解行业困局,项目负责人李楠与指导教师徐佳晨带领团队,走出实验室奔赴产业一线。团队实地走访多座陆上风场,与一线运维工程师、风电龙头企业深度访谈调研,真切摸清风场运维的现实难点。结合实地调研收获的一手资料,团队自主研发“集风智翼”全生命周期智能监测系统,致力于改变风机叶片运维旧格局。
不同于市面上单一信号监测方案,集风智翼采用载荷-振动双维度感知+多模态数据融合的技术路线。系统由前端智能感知硬件、边缘计算单元与云端全息监测平台共同组成。在硬件端,将光纤应变传感器与三轴加速度传感器按照120°环形布设在叶根关键位置,精准捕捉叶片运行过程中的形变、振动信号,感知微米级的结构变化。硬件采用高防护工业设计,可从容应对北方低温戈壁、海上盐雾高湿等严苛工况。创新快粘固化安装工艺,十多分钟即可完成传感器固定,无需对风机本体做破坏性改造,无论是新建风机还是服役多年的存量机组,都可以快速加装部署。
采集到的海量原始数据,先在边缘终端完成预处理,筛除无效噪声,提取关键特征,降低数据传输压力;再上传云端平台,运行“物理机理+AI深度学习”双驱动模型开展综合研判。一方面依托流体力学、材料力学建立机理解析模型,保证分析逻辑可解释;另一方面利用深度学习挖掘多源传感数据隐藏特征,弥补纯机理模型的精度缺陷,二者互相约束迭代。系统融合载荷、振动频谱等多源信息,搭配数字孪生闭环迭代机制,故障诊断准确率较传统手段提升四成以上,能够提前3?6个月捕捉早期裂纹、覆冰、积灰等隐患,输出分级预警信息。
配套打造的集风全息监测平台,实现全场风机可视化管理。运维人员足不出户,即可总览全部机组运行状态,点开单机查看实时载荷、振动数据;出现异常自动弹窗告警,明确风险等级;全部历史监测数据可回溯、可导出,为运维方案制定、叶片寿命评估提供详实依据,同时支持和风场现有主控系统对接,无缝融入现有生产体系。整套技术真正实现从“事后抢修”到“事前预警”,推动风机叶片全生命周期健康管理落地。
相较于传统检测模式,集风智翼跳出“靠人眼、凭经验”的局限。全程在线自动化监测,规避高空作业风险;输出全部量化指标,避免人为判断带来的偏差;既能识别表面破损,又可以洞察叶片内部早期损伤;不受昼夜、天气环境的强烈干扰,实现大范围不间断监测。目前项目相关实用新型专利已获国家知识产权局受理,技术知识产权得到保护。
项目成长扎根于产教融合沃土。依托张家口可再生能源示范区资源、院校风电专业群实训基地,联合金风科技等行业头部企业,打通“校园科研?实地调研?产业落地”的通路。团队撰写的行业调研报告已经被新能源企业正式采纳,用于企业战略规划,实现科创成果反哺产业实际。青年学生走出课堂,把论文写在风场大地上,在技术攻关同时助力风电新型技术人才培养。
风劲帆满图新志,科创赋能绿电行。在风电存量时代,设备安全运维直接关系清洁能源的稳定供给。集风智翼项目用青年创新力量,切实解决产业一线真问题,有效降低风机非计划停机概率,减少设备事故,压缩运维综合成本。下一步,团队将持续迭代优化算法与硬件,持续拓展陆上、海上多元化风场应用场景,深化产学研协同创新,以科技创新助力我国风电产业高质量发展,为双碳事业注入源源不断的青春动能。
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