5台风的预防措施
为了充分利用风能资源,减少台风给风电场带来的损失,我们在分析研究了台风的破坏机理后根据现有技术提出以下几点可行性高的防范措施并且部分技术改造方案已在现有或将要建设的风力发电机组上投入试验:
5.1风力发电机组微观选址的前期预防
风力发电机组尽量在风机高度范围内风垂直切变值及地面粗糙度都较小,各种风况下都不容易形成湍流的地方安装;
5.2供电可靠确保设备安全保护程序有效
只有在供电正常的情况下设备安全保护程序才能发挥应有作用,确保安全运行。由于现在开发设计的大型风力发电机组的偏航系统都是实行主动偏航,程序设计是在风速正常的时候对风保证采能最大化,风速超过额定风速时避风实现采能最小化。如果在台风等大风情况下停止供电,机组因此而不能够执行偏航避风的安全指令使叶轮处于避风自由状态,将导致设备与台风湍流频率形成共振,最终损坏设备。供电可靠分输电线路可靠和供电电源可靠。输电线路分场外线路和场内线路,由于风电场一般建在离用电负荷中心较远的风资源较丰富的地方,考虑到电力传输的性价比,因此,场外大多采用电压等级较高的高压架空线。为了确保输电可靠,设计输电线路时应充分考虑台风施加在杆塔和线路上的力学效应及杂物破坏,尽量提高供电的可靠性。场内集电线路在条件允许的情况下,最好使用电缆沟敷设地埋电缆,也应充分考虑山洪和泥石流对线路的破坏。场内应有紧急备用电源,确保对风力发电机组不间断供电;
5.3装备性能优良的测风设备
性能可靠的测风仪器是提高风能利用率和机组安全运行的保证。使用受风面积小、不易受破坏且能精确测量风速、风向的红外超声波感应仪,它能不间断的向风机控制系统提供可靠的风速、风向等气象数据,在保证设备合理采能及安全运行的同时还能收集台风信息,积累丰富的现场第一手资料为研究和防范台风做资料储备;
5.4选用强度高的叶片材料
由于现在的风力发电机组趋势是单机容量增加,相应的叶片长度也在增加,综合运行维护等因素考虑,强度高、质量轻、价格目前相对较贵的碳纤维增强型塑料是大型风力发电机组叶片的首选填充材料。
5.5强度监测、优化运行
由于大型风力发电机组的叶片作为机组采能核心占整机造价的比重较高,且运输和更换困难,如何提高叶片使用寿命是风电行业必须面对的重要议题。在叶片上设置具有检测作用的光导纤维,将它收集到的信息传递给监控系统,这样运行人员就能时时了解它的载荷、温度、被伤害和疲劳程度,根据实际情况,及时维修并对其优化合理地“使用”,既降低了维护费用也延长了使用寿命。
5.6提高设计水平
科学合理的设计、科学合理的选择制造材料和科学的加工工艺是风力发电机组不受台风破坏的重要保证。提高整体设计水平特别是叶片设计,在保证叶片的气动性能和造价的同时兼顾强度和防止产生共振,提高抵抗以上所述极端恶劣情况的能力,是风力发电机组安全可靠运行的先决条件。我们在亲身经历了2003年台风“杜鹃”带来的破坏教训后,积极组织专家到现场讨论研究,为避免以后同类事故的再次发生积累了丰富经验,并已根据实际情况做出了有效的预防措施。
参考文献:
《风电场工程设计技术手册》作者宫靖远等
《谈谈台湾区的防风工程设计》作者茅声焘
《复合材料在风力发电上的应用》作者赵稼祥