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“风电抗台风”难题有解吗

近日,受超强台风“摩羯”登陆影响,海南文昌一风电项目多台风机受损,引发社会关注。“风力发电不应该风越大发电越多吗?”“风力发电设备为何扛不住台风?”“越来越多的海上风机会不会存在更大安全隐患?”成为网友普遍关心的问题。

  一个冷知识是,风力发电并非风越大越好。虽然从能量守恒定律来看,风速越大理论上提供的电能就越多,但现有技术和设备还做不到无限制转化任何风速。如果风机叶片转速过快,就会超过机械设备的物理承受能力,导致风机损坏。因此,每种型号的风力发电机都有其设计的最大安全承受风速。当风速超过这一限制时,为保护风力发电机免受极端天气损害,智能安全保护系统会启动,使风机逐渐降低转速直至安全停机。

  实际上,在适宜风速区间内,风力发电机才能实现最大化的发电效率,而最佳发电风速又取决于风力发电机的具体型号和设计。一般来说,大型商业风力发电机的最佳工作风速范围是3米/秒至25米/秒。在此范围内,风力发电机能够正常运行并达到较高的发电效率。反之,机组性能则会下降甚至停摆。随着风电技术不断进步,人类可有效利用的风速范围也在不断拓宽。

  极端天气对风电设备是一种潜在威胁。台风是我国东南沿海地区常见的灾害天气,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,导致其破坏力惊人。如果不积极应对,就有可能导致风机叶片断裂、塔筒折断、机舱罩倾覆等事故。但若就此认为,风力发电机只要遇到台风就“完蛋”,甚至得出结论,中国不适合在沿海地区大规模发展风电,就有点杞人忧天了。

  风电行业早已研究出巧妙的办法对抗台风。我国在东南沿海区域使用的风机,也都会考虑抗台风设计,主要包括以下几点:

  偏航系统调整。风机上的机箱巨大,甚至可以停靠直升机。如果台风从侧面吹向机箱,风机会承受很大的阻力。为避免硬扛,当台风来袭时,偏航系统会根据台风方向进行自适应偏航调整,使风机的正面正对台风,以减少侧向受力,保护风机结构。

  叶片变桨控制。有人会纳闷,让风机正对台风,虽然降低了侧边受力,但正面3个大型叶片承受的风力如何化解?这时就需要通过变桨操作,改变叶片的迎风角度,从而减小风机受到的正向风力,进一步降低风机在台风中的阻力,保护风机安全。

  安全精准选址。沿海风电场建设并非哪里风大往哪里凑,而是会充分考虑当地气候条件和台风发生频率等因素,确保风电场位于相对安全的区域。同时,加强气象预测能力,提前做好台风等极端天气防范准备。台风过境时,实时监测风向、风速等环境参数,并根据情况自动调整风机运行状态。

  可以说,台风已不是制约我国风电发展不可克服的环境因素。十几年前,我国沿海地区陆上风电机组,被台风破坏的案例时有发生。甚至外国专家和企业一度认为,中国台风多发地区不具备开发海上风电条件。近年来,随着我国风机抗台风技术不断升级,已经很少看到风电机组被台风破坏的情况。此次“摩羯”登陆,除了文昌一风电场因尚未建成,抗台风能力并未形成导致受损外,诸多沿海地区风电场都成功通过超强台风“大考”。

  即便技术不断进步,安全永远是风电行业的生命线。风电是各国竞相发展的新兴产业,风电设备造价昂贵,一次事故带来的不仅是直接财产损失,还会对我国风电产业的声誉造成难以挽回的影响。近年来,海上风电不断向深远海推进,风机大型化快速提升,一些机型来不及进行长周期实地验证就要推向市场,加之当前行业低价恶性竞争风靡,风电机组的安全性持续引发业内担忧。

  面对风电行业发展的新形势,如何进一步提升风电机组的安全性和抗台风能力,如何更好地适应极端海况,甚至如何充分利用台风天气提高风电场发电量,将是风电行业需要持续攻克的课题。

  

文章来源:经济日报



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