近年來，我國海上風(fēng)電發(fā)展迅猛。2017年，海上風(fēng)電新增裝機(jī)319臺(tái)，新增裝機(jī)容量116萬千瓦，同比增長97%，累計(jì)裝機(jī)達(dá)到279萬千瓦。然而，海上風(fēng)電面臨的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)不容小覷。臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮、海冰，以及海水和高鹽高濕的海上空氣，都會(huì)對(duì)海上風(fēng)機(jī)造成損害。防抗災(zāi)害，保障設(shè)備的安全和使用壽命，成為海上風(fēng)電行業(yè)的重要課題。
我國海上風(fēng)電將遍及三大海區(qū)
有資料顯示，從2011年至2017年，我國海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)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(fēng)電新增裝機(jī)數(shù)只有40臺(tái)，2015年達(dá)到100臺(tái)，2016年達(dá)到154臺(tái)，2017年達(dá)到319臺(tái)。
根據(jù)《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，我國將重點(diǎn)推動(dòng)江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風(fēng)電建設(shè)，積極推動(dòng)天津、河北、上海、海南等?。ㄊ校┑暮Ｉ巷L(fēng)電建設(shè)，探索性推進(jìn)遼寧、山東、廣西等?。▍^(qū)）的海上風(fēng)電項(xiàng)目，到2020年，全國海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模達(dá)到1000萬千瓦，力爭累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)到500萬千瓦以上。
這意味著，我國海上風(fēng)電場(chǎng)可能將覆蓋沿海11個(gè)?。▍^(qū)、市），涉及北海、東海、南海三大海區(qū)，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，提升新能源比重，保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面扮演更加重要的角色。
同時(shí)，這也意味著我國海上風(fēng)電項(xiàng)目將面對(duì)不同海區(qū)的各類自然災(zāi)害。有關(guān)專家表示，相對(duì)于陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電具有多方面優(yōu)勢(shì)。海面廣闊，風(fēng)速比沿岸平原高出20%，而且便于安裝大翼展風(fēng)機(jī)，發(fā)電量可增加1倍~3倍。海上建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)不需要占用土地資源，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的噪音不會(huì)對(duì)居民和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生太大影響。東南沿海是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)，人口最密集的地區(qū)，發(fā)展海上風(fēng)電對(duì)于緩解這一區(qū)域的用電壓力，保障經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展具有重要意義。但是，海上環(huán)境比陸地更加惡劣，海浪、洋流、臺(tái)風(fēng)、海冰，以及高濕高鹽的環(huán)境都會(huì)對(duì)風(fēng)電設(shè)施的正常運(yùn)行、使用壽命造成影響，甚至釀成安全事故。這是海上風(fēng)電開發(fā)必須克服的重要問題。
“好臺(tái)風(fēng)”和“壞臺(tái)風(fēng)”
臺(tái)風(fēng)曾經(jīng)是沿海風(fēng)電的最大威脅之一。2003年9月臺(tái)風(fēng)“杜鵑”在廣東汕尾登陸，中心附近最大風(fēng)力達(dá)12級(jí)，登陸點(diǎn)附近風(fēng)電場(chǎng)測(cè)得極大風(fēng)速為57米/秒，25臺(tái)風(fēng)機(jī)中有13臺(tái)受到不同程度的損壞。2006年8月臺(tái)風(fēng)“桑美”在浙江蒼南登陸，中心附近最大風(fēng)力為17級(jí)，造成蒼南鶴頂山風(fēng)電場(chǎng)的28臺(tái)風(fēng)機(jī)全部受損，其中5臺(tái)倒塌。2014年7月臺(tái)風(fēng)“威馬遜”登陸廣東湛江，中心附近最大風(fēng)力17級(jí)，導(dǎo)致徐聞的勇士風(fēng)電場(chǎng)33臺(tái)風(fēng)機(jī)中的13臺(tái)倒塌，5臺(tái)完全損壞。強(qiáng)大的臺(tái)風(fēng)可使風(fēng)機(jī)葉片斷裂、塔筒折斷、機(jī)艙罩傾覆。
近年來，海上風(fēng)機(jī)在抵御臺(tái)風(fēng)方面采用了多項(xiàng)新技術(shù)、新設(shè)計(jì)。比如增加質(zhì)量阻尼器，減少臺(tái)風(fēng)對(duì)風(fēng)機(jī)的振動(dòng)，加強(qiáng)機(jī)艙罩，保護(hù)機(jī)艙完好，加強(qiáng)風(fēng)速風(fēng)向儀的固定，保證其在臺(tái)風(fēng)期間正常運(yùn)行。當(dāng)有強(qiáng)臺(tái)風(fēng)來襲時(shí)，需要停機(jī)，葉片變槳至順槳角度，并進(jìn)入自動(dòng)偏航模式，實(shí)時(shí)以風(fēng)輪正面對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，保證臺(tái)風(fēng)對(duì)風(fēng)輪的載荷最小。臺(tái)風(fēng)過后，需檢查葉片、機(jī)艙罩等是否出現(xiàn)損壞、發(fā)電機(jī)構(gòu)是否能正常工作。即使沒有臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)，風(fēng)力機(jī)自身的控制系統(tǒng)也能在風(fēng)速過大時(shí)做出反應(yīng)，進(jìn)入防風(fēng)狀態(tài)。據(jù)了解，現(xiàn)在已有更先進(jìn)的技術(shù)，可使海上風(fēng)電機(jī)抵御18級(jí)的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。
另一方面，臺(tái)風(fēng)對(duì)海上風(fēng)電帶來的不完全是負(fù)面影響。一定強(qiáng)度之內(nèi)的臺(tái)風(fēng)和熱帶氣旋可以給風(fēng)電場(chǎng)帶來較長的滿發(fā)時(shí)段，這是對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營有利的一面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，登陸我國的臺(tái)風(fēng)平均每年大約有2/3是有利于風(fēng)電的“好臺(tái)風(fēng)”，還有1/3是具有威脅的“壞臺(tái)風(fēng)”。
北方海域要防冰防凍
在我國北方海域，臺(tái)風(fēng)的影響較小，但每年冬季的海冰對(duì)船舶和海工裝備構(gòu)成一定威脅。對(duì)于海上風(fēng)電場(chǎng)來說，海冰會(huì)破壞風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，雨、雪、霜、霧會(huì)凍結(jié)在風(fēng)機(jī)葉片等部件上，影響風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，低溫還會(huì)讓風(fēng)機(jī)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(gè)月，浮冰在海中漂流，會(huì)擠壓沖擊風(fēng)電機(jī)的基礎(chǔ)，并引起震動(dòng)。水位變化時(shí)，海冰還會(huì)對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生上拔或下壓效應(yīng)。滲入混凝土基礎(chǔ)的海水在結(jié)冰時(shí)會(huì)產(chǎn)生膨脹壓力，反復(fù)凍融會(huì)破壞混凝土。為此，必須采取相應(yīng)的措施。
寒冷潮濕的天氣中，風(fēng)機(jī)葉片可能結(jié)冰，導(dǎo)致發(fā)電能力下降，積冰嚴(yán)重時(shí)甚至可能使葉片斷裂。這些因素可能使風(fēng)電場(chǎng)年發(fā)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(jié)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(nèi)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(fēng)機(jī)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(jī)艙以及部件加熱設(shè)備，可使風(fēng)機(jī)在零下30℃正常工作。
防腐技術(shù)應(yīng)對(duì)隱形殺手
海上還有一個(gè)隱形殺手，就是海水和高濕高鹽的空氣對(duì)金屬設(shè)備的腐蝕性。有關(guān)專家表示，海上風(fēng)電設(shè)備的防腐技術(shù)，吸收了海上石油平臺(tái)、船舶以及海底管線等方面的經(jīng)驗(yàn)，已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)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(huán)氧涂料，厚度應(yīng)在450微米以上，甚至應(yīng)達(dá)到600微米。風(fēng)機(jī)的不同部位，如塔架、風(fēng)葉、風(fēng)筒內(nèi)壁、外壁等應(yīng)選用不同的涂料和防腐方式。
有關(guān)專家表示，盡管抗御各類海洋災(zāi)害的技術(shù)、工藝不斷提高，但對(duì)于長期運(yùn)轉(zhuǎn)于海上的風(fēng)電設(shè)施來說，惡劣多變的海況仍是巨大的考驗(yàn)。隨著氣候和海洋環(huán)境的變化，海洋災(zāi)害也呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)。因此，海上風(fēng)電設(shè)備的抗災(zāi)防腐技術(shù)研究及其安全維護(hù)，是必須持續(xù)深入而不能松懈的。
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