风力机巡检：看清百米高空的叶片，减少停机时间

风力机的劣化分为叶片、塔筒与基础以及机舱（容纳发电机和传动系统的舱室）三部分。叶片承受的损伤最多：叶尖高速穿过雨水和沙尘，充当雷电通路，还要经受数千万次的弯曲。因此叶片是巡检的主要对象。

在日本，自 2017 年 4 月起，500 kW 及以上的风电设施须接受《电气事业法》规定的定期安全管理审查。运营方依据定期检查指南（JEAG 5005）和行业协会的叶片检查与修理指南，检查叶片和塔筒状况、螺栓预紧力、防雷保护等项目并留存记录。在国外，定期检查通常也是许可、保险公司或制造商保修的要求。

接近叶片的手段本身，就是停机时间和风险所在。叶尖往往离地面一百多米。从机舱垂降的绳索作业技术人员长期以来是标准做法，但他们无法在强风中作业，而且每台风力机都要花很长时间。

在海上，难度成倍增加：派船、等海况平静、再登上风力机。日本的海上风电项目储备在不断增长，而运维被普遍认为占全生命周期成本的很大一部分，因此巡检效率直接关系到项目的经济性。

无人机沿每片叶片表面携带相机飞行，取代了绳索和吊篮。风力机停机、风轮锁定在设定位置后，无人机自动拍摄前缘、后缘、压力面和吸力面四个面。能在一次短暂停机内完成一台风力机，是它最大的优势。

在日本，一个由 NEDO 资助的项目验证了能够自行识别机舱朝向和叶片位置、并在拍摄时跟踪摆动叶片的无人机。如何拍摄浮式海上风力机这类停机后仍在运动的机组，是今后的一大挑战。

风力机正是建在风最强的地方，这使它们成为无人机最难飞的场所之一。它们还很高。海上多了盐雾和浪花，北方场址多了结冰，叶片和塔筒内部则狭窄而黑暗。风电巡检堪称环境障碍的集中展示。

• 风与湍流：气流会绕过机舱与塔筒，叶片后方拖着紊乱的尾流。请保留抗风余量，从上风方向接近，并留好脱离路线。风与湍流
• 高度：叶尖离地往往超过 100 m。请核对高度限制以及靠近结构物时的例外规定如何适用，并规划在电量充裕时返航。高度
• 海上盐雾与飞溅：从船上起飞要与船体晃动较劲。盐分会侵蚀机体，飞行后的清洁很重要。水、飞溅与潮湿
• 低温与结冰：寒冷月份电池性能下降，螺旋桨与传感器可能结冰。飞行前预热电池，结冰条件下不要飞行。低温与结冰
• 受限空间：检查叶片或塔筒内部需要耐碰撞机型与照明。受限空间

关于无人机能承受多大风力的一般指南，请阅读无人机能在多强的风中飞行（Airffic World）。

一台风力机会产生数百张高分辨率图像。您要从中找出损伤、在叶片上定位（距叶根的距离和所在面）、评定严重程度、与上次对比并决定何时修理。AI 擅长发现、定位和对比；至于是立即修理还是再等等，则由负责该风力机的人来决定。

在日本，风电设施须符合《电气事业法》的技术标准，500 kW 及以上的设施还须接受定期安全管理审查。海上风电通过《促进可再生能源发电海域利用法》规定的区域指定和开发商遴选程序推进，其中长期运维计划占有很大权重。在巡检中使用无人机，前提是运营方能够证明其作为检查方法的正当性。

在国外，IEC 61400 系列和认证机构的标准（如 DNV）是设计和认证的通用语言。在一些国家，由合格专家进行定期检查是许可条件之一。

在飞行规则方面，高度是关键问题。在日本，距地表 150 m 及以上的空域一般需要许可，不过在高大构筑物附近有例外。大型风力机的叶尖可能超过这一高度，请核对现行规定。在海上，还需要与海上交通和港口管理部门协调。各国情况的比较见世界各国法规。

• 内部缺陷：分层与粘接失效往往从外部看不出来。需要敲击、超声或其他无损检测；基于无人机的敲击检测仍处于试验阶段。
• 维修本身：重新施加前缘保护是人或机器人的工作。
• 螺栓扭矩：检查螺栓预紧力由人在塔筒内完成。
• 大风天：您最想检查的风机，恰恰在风最大的地方。有些日子无法飞行；请把检查安排在较平静的季节。
• 评级与责任：判读损伤严重程度、决定是否继续运行，仍是人的工作。

海上风力机的基座上放着一台无人机机库。在一个平静的黎明，无人机自行起飞，拍摄停机风力机的全部三片叶片后返回。即使浮式基础在移动，它也能跟踪叶片，以与上次相同的姿态拍摄。在陆上，只有经过冬季风暴后发生变化的叶片才会出现在屏幕上。这就是我们编辑部预期的图景。

不必为每次巡检都出海穿越风浪。人们负责决定修理顺序，安排零件、船只和天气窗口，并研究如何延长叶片寿命。巡检从悬挂在高耸结构上，转变为照料风力机的整个生命周期。