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抗臺風、破冰凍、防腐蝕.....海上風電的抗災攻略

   2018-12-13 中國海洋報金 昶14610
核心提示:近年來,我國海上風電發展迅猛。2017年,海上風電新增裝機319臺,新增裝機容量116萬千瓦,同比增長97%,累計裝機達到279萬千瓦。
近年來,我國海上風電發展迅猛。2017年,海上風電新增裝機319臺,新增裝機容量116萬千瓦,同比增長97%,累計裝機達到279萬千瓦。然而,海上風電面臨的災害風險不容小覷。臺風、風暴潮、海冰,以及海水和高鹽高濕的海上空氣,都會對海上風機造成損害。防抗災害,保障設備的安全和使用壽命,成為海上風電行業的重要課題。

我國海上風電將遍及三大海區

有資料顯示,從2011年至2017年,我國海上風電累計裝機容量從26.06萬千瓦增長到279萬千萬,增長了10倍。2011年,我國海上風電新增裝機數只有40臺,2015年達到100臺,2016年達到154臺,2017年達到319臺。

根據《風電發展“十三五”規劃》,我國將重點推動江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風電建設,積極推動天津、河北、上海、海南等省(市)的海上風電建設,探索性推進遼寧、山東、廣西等省(區)的海上風電項目,到2020年,全國海上風電開工建設規模達到1000萬千瓦,力爭累計并網容量達到500萬千瓦以上。

這意味著,我國海上風電場可能將覆蓋沿海11個省(區、市),涉及北海、東海、南海三大海區,在促進經濟社會發展,提升新能源比重,保護生態環境方面扮演更加重要的角色。

同時,這也意味著我國海上風電項目將面對不同海區的各類自然災害。有關專家表示,相對于陸上風電,海上風電具有多方面優勢。海面廣闊,風速比沿岸平原高出20%,而且便于安裝大翼展風機,發電量可增加1倍~3倍。海上建設風電場不需要占用土地資源,風機運行的噪音不會對居民和生態環境產生太大影響。東南沿海是我國經濟最發達,人口最密集的地區,發展海上風電對于緩解這一區域的用電壓力,保障經濟持續發展具有重要意義。但是,海上環境比陸地更加惡劣,海浪、洋流、臺風、海冰,以及高濕高鹽的環境都會對風電設施的正常運行、使用壽命造成影響,甚至釀成安全事故。這是海上風電開發必須克服的重要問題。

“好臺風”和“壞臺風”

臺風曾經是沿海風電的最大威脅之一。2003年9月臺風“杜鵑”在廣東汕尾登陸,中心附近最大風力達12級,登陸點附近風電場測得極大風速為57米/秒,25臺風機中有13臺受到不同程度的損壞。2006年8月臺風“桑美”在浙江蒼南登陸,中心附近最大風力為17級,造成蒼南鶴頂山風電場的28臺風機全部受損,其中5臺倒塌。2014年7月臺風“威馬遜”登陸廣東湛江,中心附近最大風力17級,導致徐聞的勇士風電場33臺風機中的13臺倒塌,5臺完全損壞。強大的臺風可使風機葉片斷裂、塔筒折斷、機艙罩傾覆。

近年來,海上風機在抵御臺風方面采用了多項新技術、新設計。比如增加質量阻尼器,減少臺風對風機的振動,加強機艙罩,保護機艙完好,加強風速風向儀的固定,保證其在臺風期間正常運行。當有強臺風來襲時,需要停機,葉片變槳至順槳角度,并進入自動偏航模式,實時以風輪正面對準風向,保證臺風對風輪的載荷最小。臺風過后,需檢查葉片、機艙罩等是否出現損壞、發電機構是否能正常工作。即使沒有臺風預報,風力機自身的控制系統也能在風速過大時做出反應,進入防風狀態。據了解,現在已有更先進的技術,可使海上風電機抵御18級的超強臺風。

另一方面,臺風對海上風電帶來的不完全是負面影響。一定強度之內的臺風和熱帶氣旋可以給風電場帶來較長的滿發時段,這是對風電場運營有利的一面。據統計,登陸我國的臺風平均每年大約有2/3是有利于風電的“好臺風”,還有1/3是具有威脅的“壞臺風”。

北方海域要防冰防凍

在我國北方海域,臺風的影響較小,但每年冬季的海冰對船舶和海工裝備構成一定威脅。對于海上風電場來說,海冰會破壞風機基礎,雨、雪、霜、霧會凍結在風機葉片等部件上,影響風輪旋轉,低溫還會讓風機中零件和潤滑油的性能下降。

我國渤海和黃海北部冬季的冰期約為3個月,浮冰在海中漂流,會擠壓沖擊風電機的基礎,并引起震動。水位變化時,海冰還會對基礎產生上拔或下壓效應。滲入混凝土基礎的海水在結冰時會產生膨脹壓力,反復凍融會破壞混凝土。為此,必須采取相應的措施。

寒冷潮濕的天氣中,風機葉片可能結冰,導致發電能力下降,積冰嚴重時甚至可能使葉片斷裂。這些因素可能使風電場年發電量損失10%,甚至20%以上。

目前已采用一些除冰方法,包括在葉片表面使用超疏水涂層等特殊涂料,降低葉片與水、冰之間的黏結性。而黑色烤漆可在白天借助陽光的熱量除冰。此外,還可以在葉片表面安裝熱電阻元件或加熱葉片內部空氣,使葉片溫度處于0℃以上。

在沒有抗低溫措施的情況下,風機最低操作溫度一般是零下20℃,如果采用了抗低溫材料、密封機艙以及部件加熱設備,可使風機在零下30℃正常工作。

防腐技術應對隱形殺手

海上還有一個隱形殺手,就是海水和高濕高鹽的空氣對金屬設備的腐蝕性。有關專家表示,海上風電設備的防腐技術,吸收了海上石油平臺、船舶以及海底管線等方面的經驗,已有相關標準。根據不同海水和氣候條件,可選擇不同的防腐方式,海面以上的干膜涂層厚度大體為320微米~500微米,而海面以下的浸泡部位的涂層則要更厚一些,如使用環氧涂料,厚度應在450微米以上,甚至應達到600微米。風機的不同部位,如塔架、風葉、風筒內壁、外壁等應選用不同的涂料和防腐方式。

有關專家表示,盡管抗御各類海洋災害的技術、工藝不斷提高,但對于長期運轉于海上的風電設施來說,惡劣多變的海況仍是巨大的考驗。隨著氣候和海洋環境的變化,海洋災害也呈現出新的特點。因此,海上風電設備的抗災防腐技術研究及其安全維護,是必須持續深入而不能松懈的。 
 
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