颱風對風機的破壞力到底有多大？

http://energy.southcn.com/e/2014-07/19/content_104705632.htm
颱風過境有的風機被吹倒，有的卻屹立不倒，颱風對風機究竟有什麼影響

一 颱風中也有「好孩子」和「壞孩子」

目前，新型的風機已具備較強的抗風能力，一般風力在10級以下的颱風影響時,就其平均風力來說,應為風電場帶來良好的發電效益。
由此,根據大型風機的性能指標以及我國現行的颱風預報規定,一般可將登陸我國的颱風劃分為效益型、防禦型和破壞型3類[1]:

（1）效益型：受颱風外圍影響,最大風力在10級以下；

（2）防禦型：受颱風外圍影響,最大風力在10~11級；

（3）破壞型：受颱風外圍影響,最大風力在12級以上。

由上，那些曾經撕裂風機的罪魁禍首基本就是破壞型颱風這貨，下面來八一八它的破壞力到底為何這麼大。

二 那些年曾被颱風撕裂的風機

2003年9月，颱風「 杜鵑」在汕尾登陸，紅海灣風電場25颱風機中13台受到損壞。

2006年，颱風「桑美」正面襲擊浙江蒼南風電場，5颱風機瞬間倒塌，若干風機葉片折斷，損失高達7000萬元以上。

2010年10月，強颱風「鯰魚」登陸福建漳浦，最大風力13級，六鰲風電場風機倒塌，葉片折斷，電力線路燒損。

2014年7月，超強颱風「威馬遜」登陸海南文昌，中心風力17級，海南文昌風電場3台機組損毀，1台被整體吹倒，2台葉片飛掉；廣東湛江徐聞勇士風電場15颱風機被整體吹倒，3台出現葉片破裂、機艙被揭開、發電機掉落。

……

三 風機的失效模式

颱風對風機的損壞包括對葉片、剎車系統、機艙、測風裝置、塔筒以及基礎設施等部分的損壞，其中以整體傾覆、塔筒失效、葉片破壞居多。

3.1整體傾覆

風機在颱風作用下，如果風機基礎結構形式不合理、結構尺寸不足及埋深過小，將導致基底大面積脫開，進而結構整體傾覆，將帶來巨大的經濟損失。

3.2塔筒失效

對風機而言，塔筒剛度遠不如基礎，但塔筒底部卻要承受與基礎相近的荷載。塔筒底部及未設置加強環的部位是塔筒在颱風中最容易損壞的部分，通常容易出現結構局部屈服或者局部屈曲現象。

3.3葉片破壞

在風機中，葉片剛度遠小於基礎與塔筒，是柔性最大的構件，但為了捕捉更多的風能，其結構較為複雜，故其失效模式亦複雜多樣， 其中以葉片根部折斷、
葉片局部彎剪扭破壞為主。

四 颱風中的風機為何不堪一擊

颱風對風機的破壞主要與颱風登陸過程中的突變風向、瞬變風速和極大湍流有關。此外，風場的地形環境和風機的結構設計與控制方法等因素也將影響風機的抗颱風能力；颱風往往伴隨很多極端的氣候現象，如強雷暴、洪水等，也將對風機造成一定損壞。

4.1突變風向

風向的瞬時變化值對風機安全性有重要的影響。颱風的路徑主要受海洋表面溫度影響，而洋流複雜，海水溫度無法有效監測，因此颱風路行難以準確預測當颱風來襲時，其風向可能瞬間改變。對於已經順槳停機的變槳矩風機而言，風向突變意味著主風向從風機的正前

方轉到側面，整個風機的受風面積也隨之改變，從而直接威脅到結構安。此外，側風和湍流使風葉受力最不利，繼而造成風機的偏航系統損壞。

4.2瞬變風速

颱風風速瞬時萬變，這種強非平穩性會導致較大的風機極端荷載，依據經典隨機振動理論，
將產生較大的結構隨機動力響應，從而引起結構強度破壞。

此外，當風速增大到一定程度後，處於不利地形的風機葉片先滿足起振條件而發生振動，馬上自動進入停機或緊急停機狀態，偏航系統停止工作。此後由於風向繼續改變，固定不動的風輪葉片受到的風攻角越來越大，並且同時風速在進一步增大，致使部分葉片完全進入嚴重發散的扭轉顫振狀態而損壞。

4.3 極大湍流

颱風過程中的強湍流常常是風機振動失效的主要原因。湍流強度反映了風的脈動特徵 , 湍流強度值越大 , 對風力機的破壞性越強。湍流強度I的計算公式為某時距的脈動風速標準方差σ與平均風速U的比值

I=σ/U

由上式可知，當風速越大時，湍流越小。但是，當颱風來襲時，上下對流強烈，極大風速伴隨著難以預測的極大湍流。風的湍流擾動對風機這樣的柔性結構系統會產生一種隨機的強迫振動，這將對風機的葉面和傳動系統造成致命打擊。

參考

[1] 宋麗莉, 毛慧琴, 錢光明,等. 熱帶氣旋對風力發電的影響分析[J]. 太陽能學報, 2006, 27(9):961-965.
DOI:10.3321/j.issn:0254-0096.2006.09.020.

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隨著現在能源需求日益增加，環境污染日益嚴重，乾淨清潔的新能源是各個國家發展的目標之一。風力發電擁有：能源儲存豐富，風電乾淨清潔，塔筒建造相對獨立等優點。目前中國在風力發電的投入越來越多，並且風機塔筒的裝機容量也在逐漸增大，伴隨而來的防腐與維護工作也就成為風電急需關注的問題。

我們都知道風葉有兩個頁面，「迎風葉面」也稱之為「頁背」是風電產生的主要來源，風葉轉速與發電量成正比，而「迎風葉面」的表面光滑程度是轉速的決定因素。阻力是風葉轉動中無法避免的不良因素，風葉上面的砂眼，殘銹破損裂紋會增加轉動中的阻力。通常情況下風葉上面保護膠層在持續工作期間的壽命不會超過三年，無膠衣保護的風葉表面無法形成光滑層面，從而也會增加運行中的阻力。根據風電場得出發電量的統計計算，被腐蝕的風葉的發電量相比於完好風葉的發電量會減少五分之一。風葉防腐工程的投資相比於耗電量的損失微不足道，因此為了降低成本，提高發電效率和風機塔筒的使用壽命，需要定期對風機塔筒進行檢測，維護（工程量包含風葉的維護，塔筒的防腐，塔筒風機的維修與保養等）。