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台风 极寒 腐蚀 雷击 海上风电将如何面对这些考验?

北极星风力发电网  来源:风电与光伏技术经济    2018/3/12 10:42:46  我要投稿  

北极星风力发电网讯:安装并非是海上风电场唯一的难点。海上风电场的设计寿命长达20~30年,其工作环境比陆地恶劣得多。期间一旦发生故障需要维修的话,所需经费更是远大于陆上风电。如何保证风力机在复杂海洋环境和不同运行条件下的安全运转,并经受台风、严寒、腐蚀、雷暴的考验?这是海上风力机制造厂家和基础设计施工单位必须考虑的问题。

台风来了,风电场还能运行吗?

台风是我国东南沿海常见的灾害天气,其影响范围广、平均风速大、湍流强度高、风向变化快、持续时间长,对风电场有着惊人的破坏力。可导致叶片断裂、塔筒折断、机舱罩倾覆等。

目前我国在台风多发的南部海域建设的海上风电场较少,从陆上风电场的情况来看:2003年第13号台风“杜鹃”于9月2日在广东汕尾登陆,登陆时中心附近最大风力达12级,登陆点附近的风电场测得极大风速为57米/秒,其25台风力机中的13台受到不同程度的损坏;2006年第8号台风“桑美”8月10日在浙江苍南登陆,登陆时中心附近最大风力为17级,导致位于苍南的鹤顶山风电场28台风力机全部受损,其中5台倒塌;2014年第9号台风“威马逊”7月18日登陆广东湛江,登陆时中心附近最大风力为17级,导致徐闻的勇士风电场33台风机中的13台风力机倒塌,5台风力机完全损坏。

位于台风频繁海域的海上风力机需要采用抗台风设计:增加质量阻尼器,减少台风对风力机的振动;加强机舱罩,确保在台风期间机舱完好;加强风速风向仪的固定,使其在台风期间能够正常运行。当预报有强台风到来时,需控制风力机停机,叶片变桨至顺桨角度,并进入自动偏航模式实时以风轮正面对准风向,保证台风对风轮的载荷最小。台风过后,需检查叶片、机舱罩等是否出现损坏、发电机构是否能正常工作。即使没有台风预报,风力机自身的控制系统也能在风速过大(大于25米/秒)时切出,并停机顺桨进入防风状态。

不过,包括台风在内的热带气旋带来的大风,在不超过一定强度时可以给风电场带来较长的满发时段(风力机在额定风速与切出风速之间满负荷运行发电,大致为10~25米/秒),这是对风电场运营有利的一面。据统计,登陆我国的台风平均每年有6.6个是能够创造良好发电效益的“好台风”,3.5个是对风电场有威胁的“坏台风”。

极寒会对风电场有影响吗?

高纬度地区的海上风电场还面临着严寒的威胁。严寒会产生海冰,破坏风力机基础;水气(雨、雪、霜及海雾等)冻结在风力机叶片等部件上,影响风轮旋转;低温还会让风力机中各种材料(金属、橡胶与复合材料)和润滑油的性能下降。

▲面临海冰威胁的海上风力机

我国的海冰出现在冬季的渤海与北黄海沿岸,渤海的冰期一般超过3个月(12 月~翌年3月)。在冰期中,辽东湾北部海域覆盖有10~40厘米厚的海冰,漂流速度最大为0.5米/秒。大面积海冰会挤压冲击基础,并引起基础震动。水位变化时,海冰还会对基础产生上拔或下压效应。渗入混凝土基础表层的海冰在结冰时会产生膨胀压力,反复冻融会破坏混凝土。为此,位于结冰海域的基础必须设计抵御海冰的措施。

海上湿度较大,在严寒时叶片可能结冰,造成风力机发电能力下降,积冰严重时甚至可能导致叶片断裂。在高纬度地区,寒冷的冬季通常也是取暖用电高峰,而叶片结冰会损失年发电量1%~10%,极端地区甚至能达到20%~50%。为此,工程师们开发出了多种除冰方法,其中被动除冰是在叶片表面涂以特殊涂料,目前应用最广的是超疏水涂层,可降低叶片与水、冰之间的黏结性。而黑色烤漆可在白天借助阳光的热量除冰。此外,还有能够渗出可降低结冰点的抑制剂的概念涂层等尚处于实验室阶段的技术。主动除冰则是在叶片表面安装热电阻元件或加热叶片内部空气,使叶片温度处于0℃以上。高纬度地区的风力机一般需要结合主动加热和被动涂层的除冰能力。

▲用直升机为叶片除冰

低温还会让风力机各材料的性能下降。如果没有任何防护,风力机的最低操作温度一般是-20℃,而停机温度是-30℃。如果采用了抗低温的合金钢、密封的机舱以及各部件加热设备,则能让风力机在-30℃也能正常工作,停机温度可低至-40℃以下。不过,我国近海海域很少会有如此之低温。

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