影響風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng)的氣象災(zāi)害主要為熱帶氣旋、雷暴、龍卷風(fēng)、強(qiáng)沙塵暴、低溫及積冰等,其中以熱帶氣旋最為嚴(yán)重。2003 年13 號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”于9 月2 日在汕尾登陸,登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力達(dá)12 級(jí),登陸點(diǎn)附近某風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)測(cè)得極大風(fēng)速為57 米/秒,風(fēng)電場(chǎng)25 臺(tái)風(fēng)機(jī)中13 臺(tái)受到不同程度損壞;2006 年1 號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“珍珠”5 月18 日凌晨穿過(guò)南澳島,在廣東澄海登陸,登陸時(shí)風(fēng)力12 級(jí),受其影響,南澳某風(fēng)電場(chǎng)#3 機(jī)組測(cè)風(fēng)系統(tǒng)瞬風(fēng)速時(shí)達(dá)到56.5 米/秒,是南澳57 年來(lái)經(jīng)受的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng),多臺(tái)風(fēng)機(jī)受損;2006 年第8 號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“桑美”8 月10 日在浙江省蒼南沿海登陸,登陸時(shí)中心附近氣壓為920 百帕,浙江蒼南霞關(guān)觀(guān)測(cè)到的極大風(fēng)速68.0 米/秒,福建福鼎合掌巖觀(guān)測(cè)到75.8 米/秒。受其影響,溫州蒼南鶴頂山風(fēng)電場(chǎng)28 臺(tái)發(fā)電機(jī)組全部受損,其中5 臺(tái)倒塌,損失慘重。然而,熱帶氣旋對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)也有其好的一面,強(qiáng)度較弱的熱帶氣旋及其外圍環(huán)流影響的區(qū)域,可以給風(fēng)電場(chǎng)帶來(lái)較長(zhǎng)的“滿(mǎn)發(fā)”時(shí)段(目前一般風(fēng)機(jī)13~25米/秒為額定風(fēng)速,大于25 米/秒自動(dòng)切出)。
IEC 61400 標(biāo)準(zhǔn)“風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全要求”中規(guī)定了各等級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù),其中將10 分鐘平均最大風(fēng)速分為4 級(jí):50 米/秒、42.5 米/秒、37.5 米/秒和30 米/秒,分別對(duì)應(yīng)著不同的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)等級(jí)。為了弄清沿海各地可能受到的熱帶氣旋影響,我們以離岸3 個(gè)緯距左右的海上劃分警戒線(xiàn),進(jìn)入警戒區(qū)為影響中國(guó)沿海的熱帶氣旋,共挑取1961~2006 年進(jìn)入警戒區(qū)
的熱帶氣旋428 個(gè),使用上海臺(tái)風(fēng)研究所提供的熱帶氣旋影響期間沿岸各氣象站大風(fēng)資料,按站挑取這些熱帶氣旋影響下的最大風(fēng)速值,其分布見(jiàn)右圖。杭州灣以南沿海風(fēng)速基本上都在25 米/秒以上,杭州灣以北大多在25 米/秒以下,也就是說(shuō)杭州灣以北的風(fēng)電場(chǎng)遭遇熱帶氣旋破壞的可能性很小。風(fēng)速超過(guò)35 米/秒的區(qū)域出現(xiàn)在福建北部和浙江沿海及福建南部至廣東西部和海南東部沿海,40 米/秒以上的區(qū)域集中在珠江口以東的廣東沿海和海南東部沿海,最強(qiáng)發(fā)生在汕尾附近,即這些地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)極易受到熱帶氣旋的破壞?! ?br />
目前全國(guó)約75%左右的風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量在“三北”地區(qū),這些地區(qū)冬季溫度較低,低溫成為影響風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng)的重要因素。研究表明,幾乎所有的金屬材料的疲勞極限都隨溫度的降低而提高,因此在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中,一般當(dāng)環(huán)境溫度低于-30℃時(shí),風(fēng)機(jī)將自動(dòng)停機(jī),當(dāng)環(huán)境溫度低于-20℃風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速以后,風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行中會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)律的、不可預(yù)測(cè)的葉片瞬間振動(dòng),往往造成機(jī)組停機(jī),并且極易導(dǎo)致葉片裂紋。此外,風(fēng)電機(jī)組所使用的潤(rùn)滑油受溫度的影響也較大,因?yàn)闇囟仍降陀偷恼扯仍酱?,使其流?dòng)性變差,需要潤(rùn)滑的部位可能得不到充分的油量供應(yīng),從而危及設(shè)備的安全。為了在低溫下風(fēng)電機(jī)組可正常運(yùn)行,在一些關(guān)鍵部件需增加加熱器,進(jìn)行溫度調(diào)控。
雷暴是危及風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng)的另一重要因素。雷電釋放的巨大能量會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組葉片損壞、發(fā)動(dòng)機(jī)絕緣擊穿、控制元器件燒毀等。雷暴在我國(guó)南方發(fā)生頻率很高,因此對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的破壞也較頻繁。據(jù)深圳文德風(fēng)能技術(shù)有限公司梁志標(biāo)的統(tǒng)計(jì),廣東紅海灣風(fēng)電場(chǎng)投產(chǎn)后發(fā)生多次雷擊事件,其中葉片被擊中率達(dá)4%,其它通信電器元件被擊中率高達(dá)20%。在我國(guó)北方夏季,雷暴雖不及南方那么嚴(yán)重,但也會(huì)破壞風(fēng)電機(jī)組,如張家口地區(qū)某風(fēng)電場(chǎng)今年9 月受暴風(fēng)雨襲擊,一臺(tái)機(jī)組遭到雷擊,過(guò)后又刮起大風(fēng),造成機(jī)組一個(gè)葉片損壞。
積冰也對(duì)風(fēng)電場(chǎng)安全影響很大。當(dāng)風(fēng)機(jī)葉片表面大量積冰時(shí),會(huì)造成葉片負(fù)載增加,同時(shí)使粗糙度增大,從而降低機(jī)翼的氣動(dòng)性,影響機(jī)組的正常運(yùn)行。另外,風(fēng)機(jī)自帶測(cè)風(fēng)儀結(jié)冰,測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)不準(zhǔn),風(fēng)向出現(xiàn)偏差會(huì)影響風(fēng)機(jī)主動(dòng)偏航,風(fēng)速不準(zhǔn)影響風(fēng)機(jī)正常發(fā)電,輸電線(xiàn)積冰,會(huì)因電線(xiàn)增加負(fù)重導(dǎo)致電線(xiàn)斷裂,影響電力送出。強(qiáng)沙塵暴發(fā)生時(shí)往往風(fēng)力達(dá)8 級(jí)以上,有的甚
至可達(dá)12 級(jí),大風(fēng)造成風(fēng)機(jī)停機(jī)是顯而易見(jiàn)的。同時(shí)大風(fēng)夾帶的沙礫不僅會(huì)使葉片表面嚴(yán)重磨損,甚至?xí)斐扇~面凹凸不平,影響風(fēng)機(jī)出力;另外還會(huì)破壞葉片的強(qiáng)度和韌性,影響風(fēng)機(jī)的性能。
總之,熱帶氣旋、雷暴、強(qiáng)沙塵暴、低溫和積冰均會(huì)影響風(fēng)電場(chǎng)的安全,在風(fēng)電場(chǎng)選址和可行性研究中要予以充分的關(guān)注,在風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行過(guò)程中要有完備的防范措施。