气象灾害影响风电场安全运营

中国气象报/2007年/11月/2日/第003版 专版

气象灾害影响风电场安全运营

张秀芝

影响风电场安全运营的气象灾害主要为热带气旋、雷暴、龙卷风、强沙尘暴、低温及积冰等，其中以热带气旋最为严重。2003年13号台风“杜鹃”于9月2日在汕尾登陆，登陆时中心附近最大风力达12级，登陆点附近某风电场风机测风系统测得极大风速为57米/秒，风电场25台风机中13台受到不同程度损坏；2006年1号强台风“珍珠”5月18日凌晨穿过南澳岛，在广东澄海登陆，登陆时风力12级，受其影响，南澳某风电场#3机组测风系统瞬风速时达到56.5米/秒，是南澳57年来经受的最强台风，多台风机受损；2006年第8号超强台风“桑美”8月10日在浙江省苍南沿海登陆，登陆时中心附近气压为920百帕，浙江苍南霞关观测到的极大风速68.0米/秒，福建福鼎合掌岩观测到75.8米/秒。受其影响，温州苍南鹤顶山风电场28台发电机组全部受损，其中5台倒塌，损失惨重。然而，热带气旋对风电场的运营也有其好的一面，强度较弱的热带气旋及其外围环流影响的区域，可以给风电场带来较长的“满发”时段（目前一般风机13～25米/秒为额定风速，大于25米/秒自动切出）。　　

IEC　　61400标准“风力发电机组安全要求”中规定了各等级风力发电机组设计参数，其中将10分钟平均最大风速分为4级：50米/秒、42.5米/秒、37.5米/秒和30米/秒，分别对应着不同的风机设计等级。为了弄清沿海各地可能受到的热带气旋影响，我们以离岸3个纬距左右的海上划分警戒线，进入警戒区为影响中国沿海的热带气旋，共挑取1961～2006年进入警戒区的热带气旋428个，使用上海台风研究所提供的热带气旋影响期间沿岸各气象站大风资料，按站挑取这些热带气旋影响下的最大风速值，其分布见右图。杭州湾以南沿海风速基本上都在25米/秒以上，杭州湾以北大多在25米/秒以下，也就是说杭州湾以北的风电场遭遇热带气旋破坏的可能性很小。风速超过35米/秒的区域出现在福建北部和浙江沿海及福建南部至广东西部和海南东部沿海，40米/秒以上的区域集中在珠江口以东的广东沿海和海南东部沿海，最强发生在汕尾附近，即这些地区的风电场极易受到热带气旋的破坏。　　

目前全国约75%左右的风机装机容量在“三北”地区，这些地区冬季温度较低，低温成为影响风电场安全运营的重要因素。研究表明，几乎所有的金属材料的疲劳极限都随温度的降低而提高，因此在风机设计中，一般当环境温度低于-30℃时，风机将自动停机，当环境温度低于-20℃风速超过额定风速以后，风机在正常运行中会发生无规律的、不可预测的叶片瞬间振动，往往造成机组停机，并且极易导致叶片裂纹。此外，风电机组所使用的润滑油受温度的影响也较大，因为温度越低油的粘度越大，使其流动性变差，需要润滑的部位可能得不到充分的油量供应，从而危及设备的安全。为了在低温下风电机组可正常运行，在一些关键部件需增加加热器，进行温度调控。

雷暴是危及风电场安全运营的另一重要因素。雷电释放的巨大能量会造成风电机组叶片损坏、发动机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。雷暴在我国南方发生频率很高，因此对风电场的破坏也较频繁。据深圳文德风能技术有限公司梁志标的统计，广东红海湾风电场投产后发生多次雷击事件，其中叶片被击中率达4%，其它通信电器元件被击中率高达20%。在我国北方夏季，雷暴虽不及南方那么严重，但也会破坏风电机组，如张家口地区某风电场今年9月受暴风雨袭击，一台机组遭到雷击，过后又刮起大风，造成机组一个叶片损坏。

积冰也对风电场安全影响很大。当风机叶片表面大量积冰时，会造成叶片负载增加，同时使粗糙度增大，从而降低机翼的气动性，影响机组的正常运行。另外，风机自带测风仪结冰，将使

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测风数据不准，风向出现偏差会影响风机主动偏航，风速不准影响风机正常发电，输电线积冰，会因电线增加负重导致电线断裂，影响电力送出。强沙尘暴发生时往往风力达8级以上，有的甚至可达12级，大风造成风机停机是显而易见的。同时大风夹带的沙砾不仅会使叶片表面严重磨损，甚至会造成叶面凹凸不平，影响风机出力；另外还会破坏叶片的强度和韧性，影响风机的性能。

总之，热带气旋、雷暴、强沙尘暴、低温和积冰均会影响风电场的安全，在风电场选址和可行性研究中要予以充分的关注，在风电场的运行过程中要有完备的防范措施。

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