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2018年海上風力發電機組可靠性問題調研分析

點擊次數:901  發布日期:2017-12-14  【打印此頁】  【關閉
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目前對海上風電機組的研究,丹麥等西方發達的沿海國家的技術相對較成熟,而國內尚處于探索試驗階段,比較有代表性的是上海的東海大橋海上風電場。海上風電機組單機容量一般都在5 mw 以上,與陸上風電機組相比,其體積、質量都有較大增加,制造與安裝的難度也都大大增加。所以這對海上風電的技術要求大為提高。


    目前海上風電機組的塔架基礎問題仍是制約海上風電大規模發展的瓶頸之一,其**突出的問題是成本過于昂貴。由于風電機組的運行對基礎的穩定性要求很高,加之海水沖擊與浸泡的特殊環境,所以其建設成本要遠遠高于陸上風電機組。目前海上風電機組基礎主要分為兩大類:懸浮式和底部固定式。懸浮式主要利用海水的浮力,及繩纜的固定作用,將風電機組“固定”在海里;底部固定式即利用單樁或多樁,直接把塔架與海底基礎連接起來。目前淺海區域多采用單樁或三樁結構,而深海區域則多采用懸浮式基礎。




    懸浮式:懸浮式基礎適用于深海區域,在保證風電機組正常運行的情況下,懸浮式基礎可以大大降低基礎的建設成本,從而降低海上風電的生產成本,但是在強風等惡劣環境下,其可靠性遠遠不及底部固定式,所以在其基礎纜繩以及底部配重的設計上要求留有較大余量。




    底部固定式:相對于懸浮式,穩定性更加優越,不會受海水波浪沖擊效應的影響。由于其底部與海底直接剛性連接,所以不會有較大幅度的擺動,這很好的保證了塔頂發電機組的平穩運行,同時對于主軸而言,載荷的波動較小,這有力的延長了主軸的使用壽命,降低了風電機組的使用成本。




    對于底部固定式基礎,由于浸泡在海水中,長期受海浪、洋流的沖刷作用以及海水的腐蝕作用,基礎易發生松動,嚴重時甚至會導致風電機組傾覆,這個問題必須引起重視。建議要在風電機組上安裝基礎實時監視裝置,然后通過無線發射器將檢測信號傳輸至主控室,以便安全檢修人員及時發現和排除風電機組基礎的安全隱患。




    機組的防腐蝕與防潮濕:風力機內部有很多的電氣控制部分,其運行時不允許濕度過大,所以在海上高濕度的環境中,防潮防濕顯得尤為重要。防濕的手段有很多,現在普遍采用的是密閉艙式,即把風電機組的機艙做成密閉形式,然后利用空調系統對風電機組內部構件散熱和保溫。這樣能達到較好的防潮效果,但對空調系統運行的可靠性要求相對很高。除了防潮,防腐蝕也相當關鍵。由于海上的空氣濕度大,并且海水中各種溶鹽離子較多,致使風電機組結構很容易發生電化學腐蝕。一般風電機組的設計使用壽命都在二十年以上,所以還上的風電機組一定要有較強的抗腐蝕能力?,F在比較常用的手段是在風電機組易腐蝕的部位適用抗腐蝕材料、在風電機組外表面涂刷防腐蝕涂料、使用不會被腐蝕的高強度復合材料等。這對風電機組有效的起到了防腐蝕作用。




    極端惡劣天氣的影響:我國南方沿海地區,在夏季和秋季經常會遭受臺風和強熱帶風暴的影響,而在 匕方沿海地區,冬季經常會出現嚴寒低溫、海面結冰情況,因此海上風電機組必須要考慮臺風、海嘯、冰凍、海冰等極端惡劣天氣的影響。首先,海上風電場的選址避免遭受上述極端天氣影響很是關鍵。風電場的選址要盡量選擇風速穩定、臺風路徑較少經過的區域。對于北方可能出現海冰的區域,要根據往年氣象資料,研究海冰厚度及對風電機組的影響,然后進行實驗模擬,**后科學選址。在風電機組設計時,要考慮破壞性天氣發生時對風電機組的損壞,以及制定相應的安全防范措施。比如風電機組的葉片強度可以根據塔架及機艙的強度而設計,使其強度低于塔架的強度,這樣在遇到破壞性強風的時候,葉片可以先行斷裂脫落,從而****程 度的保護主機艙,把損失減小到**小。




    共振等物理機械問題:風力發電機組各主要部件的設計,一定要考慮到共振的影響。共振會加劇風電機組在運行時的震動幅度,甚至超過機組許可的震動幅度,損壞風力發電機組的構件甚至造成機組解體等嚴重事故。與陸地相比,海上風電機組不僅要遠離風的固有頻率,還要遠離海浪、水流的頻率。風電機組的整體固有頻率與上述頻率的范圍差距越大越有利于風電機組的安全。這樣風電機組部件的可用頻率范圍就相對減小很多,設計和制造難度加大。制造時要嚴格控制機組各個部分的頻率范圍,使其符合特定地區對風電機組共振頻率的要求。




    風電機組運行與自然生態的相互影響:風電機組運行時,其噪聲對周圍環境的影響不容忽視。這不僅僅會造成噪聲污染,如果其頻率與某些海洋生物的頻率相近,則有可能使得這些物種的正常生活規律被破壞,造成嚴重的海洋生態問題,在人們對生態環境保護如此重視的今天,一款風電機組是否成功與其對環境的影響密切相關,所以風電機組在設計時一定要考慮其 運行對周圍環境的生態影響,風電機組設計者要根據具體情況選擇合適的尖速比,把噪聲控制在盡可能低的范圍內,盡量減小對周圍生態的影響。同時,也要充分考慮生態環境對風電機組設計的影響,比如鳥類喜歡在風電機組的主機艙筑巢、很多生物喜歡粘附在風電機組海水以下的基礎上等等,這些都是風電機組正常運行的潛在威脅,要引起風電機組設計者和運行維護人員的高度重視。風電機組在設計時,盡量不要留鳥類能夠筑巢的空間。




    海上風電場對海上作業安全的影響:海上風電場一般會占據近海區域較大水域面積,這給過往航船以及水下航行設備帶來安全隱患,同時過往船只也會對風電場的安全造成威脅。特別是在夜間以及大霧、暴雨天氣時,能見度低,發生船只與風電機組碰撞的可能性大大增加。所以海上風電場要有與之配套的、合理的航船導航設施,要求清晰明了、醒目且可靠性高。這樣就能降低航船誤入風電場區的可能性,以免造成不必要的悲劇。




    海上風電場機組維修的安全性與可靠性分析




    海上風電機組各個部分都體積龐大、部件笨重,所以一旦需要維修,就必須要借助大型起重設備(海上起重設備一般是大型起重船舶)。在海上,起重設備的使用很不方便,對風速、風向以及天氣的要求相當高,很難保證設備吊裝的平穩性和安全性,所以這就有必要在風電場設計與布局時,提前考慮在日后維修時要給起重設備留出足夠的安全空間。同時,風電機組的微選址不僅要考慮風資源狀況,還要考慮起重泊船是否便于作業施工,以便日后維修、維護工作的開展。除此之外,還要考慮維修工作人員進入海上風電機組的方式,目前正在研究在風電機組頂部修建小型直升機停機平臺,但尚未投入商業化運營。




    目前我國對海上風電廠的建設正處于積極探索階段,這其中不免存在相當多的技術性問題和可靠性問題,這些問題不容忽視,可能一個小問題就會引發災難性事故。海上風電與陸上風電相比,運行環境更加惡劣,需要時刻接受潮濕、海浪、狂風以及鹽霧的考驗,對安全性和可靠性的要求更高。所以這對風電機組設計人員以及風電場選址、施工、運行人員提出了更多要求,必須額外考慮海上風電場的特殊環境下的可靠性問題。既要保證海上風電健康快速發展,也要考慮到日后海上風電場規化運營帶來的諸多問題,真正做到未雨綢繆,著眼于長遠。
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