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北京鉴衡认证中心副总裁 张宇:从整体上认识海上风电台风灾害风险的新角度

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网    2020/12/5 18:14:34  我要投稿  

北极星风力发电网讯:“台风灾害下有很多机组的情况下,倒和不倒不再是0或1的概念。比如部件破坏程度、破坏的数量是成一定的比例,台风计算的时候、载荷模拟、结构强度、材料都是有一定不确定性的。”

——北京鉴衡认证中心副总裁张宇

2020年12月4日至6日,由中国海洋工程咨询协会海上风电分会、中国南方电网有限责任公司、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、中国长江三峡集团有限公司、新疆金风科技股份有限公司等单位共同主办的“2020中国海上风电工程技术大会”在北京召开。

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北京鉴衡认证中心副总裁张宇作题为《从整体上认识海上风电台风灾害风险的新角度》的主题演讲。

直播专题:2020年中国海上风电工程技术大会

以下为发言实录:

张宇:感谢主办方给我这样的机会跟大家交流,鉴衡认证现在致力于行业间的交流活动,今天也想给大家分享我们近期的一个小研究,这个研究可能从另外一个角度,是我们行业内通常不会考虑到的一个角度,来看一下台风的问题,我的演讲会聚焦到比较具体的问题。海上风电规模化发展以后台风的风险依然是被广泛关注的问题。以后会面临很多行业间的互动,这种互动需要我们有很多的博弈,还需要很多行业大佬面对着和其他行业去交流、去介绍海上风电的场景,有可能这样的思维方式是比较适用的。

先看一下通常如何介绍台风的风险?这是沿海区建国以来台风的统计,还有就是全球对台风灾害不同类别的分级,我们经常会被行业外的人士问到机组抗台能力到什么水平,如何通过风轮的朝向降低抗台时的载荷,如果有一个很好的朝向以后机组的抗台能力可以显著的提升,但是大部分台风的时候难免会引起电网掉电,满足起来有一定的困难,所以设计的时候我们仍然需要进行全方位载荷的计算和模拟。

有人会说你们机组连入门级的台风都控不住,这样会带来一个困惑。当风速达到红线的时候到底会发生什么?是不是风机就开始成片成片的倒塌,比如我们面对30、60有大片的海上风电规划的时候,这个风险会变成什么样,这个问题我没有很好的回答,难免行业外的人士有这样的疑问。

台风灾害下有很多机组的情况下倒和不倒不再是0或1的概念,这样的思考是不对的,比如部件破坏程度、破坏的数量是成一定的比例,台风计算的时候、载荷模拟的时候也是有不确定性的,还有就是结构强度、材料都是有一定不确定性的,当然工程上用很多办法把这种不确定性包罗起来,如果回到刚才的问题,可能就要把这些问题再找回来,不同的部件有不同承载的差异,有可能有些部件比如说叶片毁坏了之后次生灾害可能会进一步避免,这些都会发生,这些都是一定概率形式存在的,单台机组是以概率形式出现的,如果很多机组就是以比例的方式存在。

可以想像随着台风灾害风速的提高,破坏的比例肯定是增长的,这是符合大家直观的认识,如何把这种直观的认识变成一个可以描述的东西能够让行业外的人士理解这个问题?我们想到首先把设计里面的不确定性还原出来,以概率性的方式呈现,不同机组破坏的程度和数量按照一定的比例、概率还原出来,从而可以实现破坏概略矩阵,这样的方法参考了抗震设计里面的易损性分析的方法、方式,这个叫破坏概率矩阵。最后我们也希望让这个结果可视性更好一些,所以引入了不同部件的价值,这样我们就可以得到直接经济损失的破坏比例。为了完成这项任务,在设计里面大家熟悉的用到很多安全系数,比如载荷安全系数、材料安全系数、结构安全系数,这些安全系数背后都是基于工业基础的统计而得来的,每个安全系数的背后代表着一定的概率分布以及所对应的包罗区间,有一个行业内比较熟悉的比数就是湍流覆盖率的问题,湍流发生是按照风速的规律是散点图的形式,我们设计的时候那么多的情况所以会有一个包络的,包络代表这条线以下90%的极限区间,同时安全系数也是代表着这样的规律,通常所叫的极限载荷,是一个数,但是背后是代表着一定概率分布的载荷分布,载荷随着风速的升高是增长的,我们需要做的事就是把风速的增长推过去,两个叠加就会得到相应概率的分布。

后面机组的破坏,即便是正面袭击的风电场,它破坏会在不同的机组呈现不同的形式,有的机组一个叶片折了其他的没事,有的机组三个叶片都坏了,有的机组整台都倒塌了,是有一定的概率发生分布的,我们希望能够把这个规律找回来我们就会把不同的破坏形式进行分类,并且按照一级和二级有一些是首先破坏的,首先破坏比如说一个叶片断了以后会有一些次生灾害,比如说这个叶片打到了塔架上造成了整个塔架的损坏,也有可能这个叶片的损坏导致了另外两个叶片的损坏甚至是变桨系统的损坏,把这个叶片的规律关联起来,并且加入已有的,虽然这个很有限有些还比较老的项目,但是起码我们有一些统计的规律把比例以概率的方式给到关联的位置上,这样就会得到在一级破坏下二级失效的概率,这样的组合会形成破坏概率的矩阵,最后附上不同部件,如果损坏机组组成的比例,当然这个是公开数据,可能会比较老,但是我们做这样的分析实际上是足够的。

为了更好的衡量行业的水平我们还加入了现在主流的海上机组的机型所可能设计域度,有的机组可能这里强一点、有的机组那里强一点,大家强的水平留的域度的水平是不一样的,最终我们把所有的因素合成一起会得到直接经济损失的破坏比例,横坐标是发生的极限风速,相对于设计极限风速比如五十年一遇风速的比值,大家会看到是极限的设计风速,达到这样的风速之前机组已经会有一定的概率发生破坏了已经会有一定的损失,这个损失并不是到了极限风速马上像麦田一样都倒了,这也是不太可能发生的,会随着风速的增长破坏的比例进一步增加。如果真的想让风电场都破坏什么都不剩也是有一些条件的,按照概率估算也要达到1.5倍的极端风速才能实现这样的结果,对于行业内的工程来讲过高的损失已经没有意义了,考虑到重置费用是行业内不能接受的,倒了几台我们就要花很多钱去修,但是别忘了一开始讲的,我们要面临跨行业交流,只有这样才能全面了解破坏的规律。当然这里面有一定的局限性,比如我们是按照通用工业产品的离散程度来考虑这个问题,但是对于每一家具体的产品、每一个批次相应的均值和离散度是有可能比较集中的,这个也需要进一步的去针对现在行业以及各个企业能达到的质量水平做进一步详细的分析,但是这并不影响到这样的方法拓展大家思考问题的思路。

还有就是在直接经济损失费用里面没有包含重置费用,这个未来也有很多工作是要继续做的,乐观的估计和保守的估计是考虑到不同厂家的部件所预留的水平,大家会看到原来风速要达到那么高才有可能全部破坏,在这个过程当中是渐进的过程,这里面有三大因素,第一个因素是各个厂家达到极限以后还有预定预留的预度,第二个因素是我们其实在应用安全系数的时候对于工业的一些不确定度实际上是有比较保守的区间,把这个还原出去。第三个是通过统计达到的,有些部件破坏了以后进一步破坏被避免,比如三个叶片破坏了以后有比较小的概率完全倒塌。这些因素都决定着破坏是这样增长的趋势。

虽然少量的破坏已经是我们这个行业所不能承受的,但是对于保险公司、政府决策部门、很多其他关心海上风电的人士、媒体、社会各界来讲,这样的一种思路,原来我们也不太习惯这样考虑问题,但是我们现在发现只有这样一个思路才能给到一个破坏的全貌。这有的时候会影响到政府或者保险机构关注和支持海上风电的信心,所以为什么今天给行业内也分享了一下我们有的时候会去面临讲这件事的行业场景。

感谢华泰保险经纪和中国再保险集团对鉴衡认证的支持,谢谢各位。

(根据速记整理,未经演讲人审核)


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