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浅论相关气象灾害对风电场运行的主要影响

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：吴忠霞

[导读] 摘要：当前，我国国民经济取得突飞猛进的发展，在人们的生产和生活中对于能源的需求越来越多，而随着人们越来越着重关注可再生能源的利用，各大风电场不断兴建，在风电场的运行过程中，相关方面的气象灾害对其运行有着十分重要的直接影响，此类灾害可能使风电场内部设备受到一定损害，使其发电效益进一步降低。

        （新疆伊犁库克苏河水电开发有限公司新疆伊犁 835500）
        摘要：当前，我国国民经济取得突飞猛进的发展，在人们的生产和生活中对于能源的需求越来越多，而随着人们越来越着重关注可再生能源的利用，各大风电场不断兴建，在风电场的运行过程中，相关方面的气象灾害对其运行有着十分重要的直接影响，此类灾害可能使风电场内部设备受到一定损害，使其发电效益进一步降低。结合这种情况，本文重点分析和探讨相关气象灾害对于风电场运行的主要影响，并提出相对应的应对措施，希望本文的简要分析能够为相关从业人员提供一定的参考。
        关键词：风电场；运行；气象灾害；主要影响
        引言
        现阶段，我国国家相关部门越来越着重关注风电行业的发展，并使其上升到战略高度，我国有着世界级的风力资源，因此风电事业有着巨大的发展空间。目前，在新时代背景下，我国有越来越多的风电场不断兴建，为国家经济的发展和人们生活水平的提升做出了巨大贡献。然而，也要着重关注，相关气象灾害对于风电场的运行有着十分重要的直接影响，对此要高度重视，把握相应的影响因素，并提出切实有效的应对策略，这样才能确保风电厂运行效率得到显著提升。据此，本文重点探讨相关气象灾害对于风电场运行的主要影响和应对策略。
        1气象灾害对风电场运行的主要影响分析
        1.1台风的主要影响
        热带气旋是一种特别强大而且深厚的热带天气系统，它主要发生在热带或者副热带洋面上，是一种比较典型的低压涡旋。其中最大风力可以达到12级，而这种风也叫做台风。台风对于风电机组有巨大的破坏作用，其破坏机理主要体现在，对设备结构施加的静载荷和动载荷会形成比较明显的叠加效应，而风电设备所承受的风压静载荷与空气密度和风速有着至关重要的紧密联系，和风速平方呈现正比例的关系。台风风速可高达70m/s，有着极大的空气密度，在这样的情况下特别容易超过设计载荷极限，对于风机设备会造成十分严重的破坏。风压动载荷主要是湍流导致的，湍流的强度越大，对于风机设备所造成的破坏和危害就越大。湍流对设备结构造成周期性激荡，若湍流产生的周期恰好与风机固有振动周期保持一致，在这样的情况下，设备的结构就会出现比较明显的横向共振，由此使风机被完全毁坏。湍流强度突变对于风机的正常运行也会造成十分严重的影响。台风对风电机组所造成的破坏主要包括：叶片出现裂纹或被撕裂，偏航系统受损，风向仪、尾翼等设备被吹毁等。在高风速的情况下，机械制动器会使涡轮机停止旋转以减少负荷。Hong等相关专家学者通过研究进一步表明，如果机械的制动处于失效的状态，在这样的情况下，叶片的转速达到相应速度的时候，叶片的整体结构就不能有效承担极端的负荷，由此造成整体叶片出现弯曲脱落或者损坏等问题，台风使整体的偏航系统机械受到严重损害，也极有可能使风电场的电网系统受到严重损坏。台风的严重危害，导致大风方向作用使风电机组的偏航系统失效，风机无法调整台风的风速，在这样的情况下，风速超过设计的极限时，叶片就会受到严重的损坏，甚至使整体的风机倒塌。在台风的影响之下，叶片会出现特别大的扭转力矩，超出高速轴刹车盘与刹车片摩擦承载能力，刹车盘强行转动，在这样的情况下就会出现持续性的高温，而导致火花出现，由此引燃高速盘侧的易燃物而造成火灾事故，其后果不堪设想。

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        1.2低温及结冰的主要影响
        在我国北方地区，风电资源特别丰富，因此全国75％左右的风机装机容量都是在东北华北和西北地区，而此类地区的冬季气温特别低，在这样的情况下，低温对于风电场的运行也会造成十分严重的负面影响，低温会导致该地区的风电机组处理特性发生一定的变化，主要是因为低温的时候，空气的密度进一步增大，由此造成风电机组，特别是失速型风电机组的额定出力会比较明显的增加，由此导致过载现象出现，与此同时，也会在很大程度上造成风轮叶片出现空气弹性震动，由此造成叶片的后缘结构失效，使其出现裂纹。因为叶片失速后气动阻尼会变为负值而结构阻尼会下降。有相关的研究进一步表明，大部分的金属材料所呈现出的疲劳极限都会随着温度的降低而进一步升高，所以在设计风机的过程中，通常情况下，如果环境温度低于30度，风机就会自动化的停机。除此之外，风电机组所应用的润滑油也在很大程度上受到温度的直接影响，温度越低的话，油的粘度就会越大，它的流动性就会变得越差，在这样的情况下，需要润滑的部位就无法获得足够的油量供应，由此对设备的安全就会造成十分严重的负面影响。为了确保在低温环境下风电机组能够安全平稳的运行，要在某些关键部位进一步配备加热器，对温度进行有效调控。积冰对风电场的安全运行也会造成十分严重的影响，特别是在东北地区，春季的气温变化特别大，温差很大，处于临界状态的雨雪、雾、露遇到低温的设备体和金属结构体表面时会结冰。风轮叶片表面结冰会造成很多方面的问题，降低机翼的气动性，对于整体机组的有效运行都会造成十分严重的影响。除此之外，风机自带测风仪结冰，导致针对风速的测量数据不够精准，风向严重偏差，在这样的情况下就会影响风机主动偏航，风速不准影响风机正常发电。输电线积冰会使得电线进一步增加负重，造成电线断裂的问题，而这对电力的输出会造成严重的影响。
        2相关防范措施
        2.1有效应对台风问题
        为了能够在最大程度上有效降低台风对风电机组，特别是叶片的损害以及影响，可以结合实际情况，有效采取一下几点措施，分别是：针对主梁与翼壳之间粘结强度不够问题，采取对叶片后翼连接加设铆固装置等，对叶片局部构造进行有针对性的改进，可以有效应用智能偏航控制装置，这样能够进一步有效减少强风所增加的机组载荷，使风力机的安全性可靠性得到进一步的提升。
        2.2应对低温和结冰问题
        对于此类问题，可以有效采取以下几点措施：①利用特殊的阻尼材料来提高复合材料叶片的结构阻尼；②改变翼型局部形状来改变翼型的气动性能；③在叶片内部安装阻尼器和减振器来降低叶片的振动；④安装局部加热系统，特别是叶片加热系统，可以结合实际情况，在它的表面附近添加相对应的碳纤维成分，以此满足相应的效果；⑤研制一种能除冰、抗冰的装置；⑥在尽可能靠近叶片尖端部位安装先进的传感器，以此有针对性的监测叶片的结冰情况，并采取相对应的措施对其进行融化。是对项目技术进行不断的更新和完善，要从内到外进行深层次的改进，除此之外，要尽可能有效研发出更适应于低温环境条件的风电机组技术标准和设计规范，针对设计源头进行有效把握，使技术风险能够充分降低。
        结语
        总而言之，通过上面的分析，我们能够着重看出，在风电场的具体运行过程中，相关方面的气象灾害对其有着十分严重的影响，对此要着重把握，特别是台风、大风、雷暴、低温冰冻、暴雨、沙尘暴、高温以及诱发的次生灾害对风电场有着十分重要的影响，要结合影响因素进行重点探究，把握其具体情况，以此为基础进一步采取相对应的技术和措施，进一步巩固风电场相关设备的元器件，工作人员要着重关注相关设备的安全性稳定性，有效应对相应的自然灾害和气象灾害，还要继续关注次生灾害的发生，注意台风、暴雨引起的滑坡、泥石流，以及高温干旱引发山林草原火灾等次生灾害危害风电场，从根本上有效做好预防措施，使相关方面的破坏和灾害性影响能够降到最低，确保风电场能够安全稳定的运行。
        参考文献：
        [1]刘常青，祁永辉，曹荣泰，等.青海地区输电线路风灾原因分析[J].电力勘测设计，2016，（S2）：146-150.
        [2]高榕.中国龙卷风特性统计分析及灾后建构筑物调查研究[J].北京交通大学，2018.
        [3]张礼达；张彦南，气象灾害对风电场的影响分析[J]电力科学与工程，2009，11