抗台风、破冰冻、防腐蚀.....海上风电的抗灾攻略

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我国海上风电将遍及三大海区

      有资料显示,从2011年至2017年,我国海上风电累计装机容量从26.06万千瓦增长到279万千万,增长了10倍。2011年,我国海上风电新增装机数只有40台,2015年达到100台,2016年达到154台,2017年达到319台。

     根据《风电发展“十三五”规划》,我国将重点推动江苏、浙江、福建、广东等省的海上风电建设,积极推动天津、河北、上海、海南等省(市)的海上风电建设,探索性推进辽宁、山东、广西等省(区)的海上风电项目,到2020年,全国海上风电开工建设规模达到1000万千瓦,力争累计并网容量达到500万千瓦以上。

     这意味着,我国海上风电场可能将覆盖沿海11个省(区、市),涉及北海、东海、南海三大海区,在促进经济社会发展,提升新能源比重,保护生态环境方面扮演更加重要的角色。

     同时,这也意味着我国海上风电项目将面对不同海区的各类自然灾害。有关专家表示,相对于陆上风电,海上风电具有多方面优势。海面广阔,风速比沿岸平原高出20%,而且便于安装大翼展风机,发电量可增加1倍~3倍。海上建设风电场不需要占用土地资源,风机运行的噪音不会对居民和生态环境产生太大影响。东南沿海是我国经济最发达,人口最密集的地区,发展海上风电对于缓解这一区域的用电压力,保障经济持续发展具有重要意义。但是,海上环境比陆地更加恶劣,海浪、洋流、台风、海冰,以及高湿高盐的环境都会对风电设施的正常运行、使用寿命造成影响,甚至酿成安全事故。这是海上风电开发必须克服的重要问题。

“好台风”和“坏台风”

     台风曾经是沿海风电的最大威胁之一。2003年9月台风“杜鹃”在广东汕尾登陆,中心附近最大风力达12级,登陆点附近风电场测得极大风速为57米/秒,25台风机中有13台受到不同程度的损坏。2006年8月台风“桑美”在浙江苍南登陆,中心附近最大风力为17级,造成苍南鹤顶山风电场的28台风机全部受损,其中5台倒塌。2014年7月台风“威马逊”登陆广东湛江,中心附近最大风力17级,导致徐闻的勇士风电场33台风机中的13台倒塌,5台完全损坏。强大的台风可使风机叶片断裂、塔筒折断、机舱罩倾覆。

     近年来,海上风机在抵御台风方面采用了多项新技术、新设计。比如增加质量阻尼器,减少台风对风机的振动,加强机舱罩,保护机舱完好,加强风速风向仪的固定,保证其在台风期间正常运行。当有强台风来袭时,需要停机,叶片变桨至顺桨角度,并进入自动偏航模式,实时以风轮正面对准风向,保证台风对风轮的载荷最小。台风过后,需检查叶片、机舱罩等是否出现损坏、发电机构是否能正常工作。即使没有台风预报,风力机自身的控制系统也能在风速过大时做出反应,进入防风状态。据了解,现在已有更先进的技术,可使海上风电机抵御18级的超强台风。

     另一方面,台风对海上风电带来的不完全是负面影响。一定强度之内的台风和热带气旋可以给风电场带来较长的满发时段,这是对风电场运营有利的一面。据统计,登陆我国的台风平均每年大约有2/3是有利于风电的“好台风”,还有1/3是具有威胁的“坏台风”。

北方海域要防冰防冻

     在我国北方海域,台风的影响较小,但每年冬季的海冰对船舶和海工装备构成一定威胁。对于海上风电场来说,海冰会破坏风机基础,雨、雪、霜、雾会冻结在风机叶片等部件上,影响风轮旋转,低温还会让风机中零件和润滑油的性能下降。

     我国渤海和黄海北部冬季的冰期约为3个月,浮冰在海中漂流,会挤压冲击风电机的基础,并引起震动。水位变化时,海冰还会对基础产生上拔或下压效应。渗入混凝土基础的海水在结冰时会产生膨胀压力,反复冻融会破坏混凝土。为此,必须采取相应的措施。

     寒冷潮湿的天气中,风机叶片可能结冰,导致发电能力下降,积冰严重时甚至可能使叶片断裂。这些因素可能使风电场年发电量损失10%,甚至20%以上。

     目前已采用一些除冰方法,包括在叶片表面使用超疏水涂层等特殊涂料,降低叶片与水、冰之间的黏结性。而黑色烤漆可在白天借助阳光的热量除冰。此外,还可以在叶片表面安装热电阻元件或加热叶片内部空气,使叶片温度处于0℃以上。

     在没有抗低温措施的情况下,风机最低操作温度一般是零下20℃,如果采用了抗低温材料、密封机舱以及部件加热设备,可使风机在零下30℃正常工作。

防腐技术应对隐形杀手

     海上还有一个隐形杀手,就是海水和高湿高盐的空气对金属设备的腐蚀性。有关专家表示,海上风电设备的防腐技术,吸收了海上石油平台、船舶以及海底管线等方面的经验,已有相关标准。根据不同海水和气候条件,可选择不同的防腐方式,海面以上的干膜涂层厚度大体为320微米~500微米,而海面以下的浸泡部位的涂层则要更厚一些,如使用环氧涂料,厚度应在450微米以上,甚至应达到600微米。风机的不同部位,如塔架、风叶、风筒内壁、外壁等应选用不同的涂料和防腐方式。

     有关专家表示,尽管抗御各类海洋灾害的技术、工艺不断提高,但对于长期运转于海上的风电设施来说,恶劣多变的海况仍是巨大的考验。随着气候和海洋环境的变化,海洋灾害也呈现出新的特点。因此,海上风电设备的抗灾防腐技术研究及其安全维护,是必须持续深入而不能松懈的。

 

 

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