【能知】風機如何才能抗得住颱風？

我國海上/岸風電建設正面臨全面提速，然而我國位於太平洋西側，是受颱風影響最為嚴重的國家之一。頻頻襲擾的颱風對海上風場來說實是一把雙刃劍，強度較弱的颱風可以給風場帶來較多的「滿發」小時數，增加發電量，提高風場經濟效益；然而，強度較強的颱風將給風場帶來極大的破壞。為更好地開發利用我國近海區域的風能資源，如何降低颱風對風場帶來的災害，將是海上/岸風電發展亟需考量的問題。

一 風機抗颱風技術的研究現狀

2004年，日本新能源和產業技術綜合開發機構開始對風機抗颱風設計技術進行了為期3年的研究。該研究成果後來成為指導日本風電發展的技術指南，內容涵蓋了載荷測試、極端風圖譜、極端風速資料庫以及風電場場址評估和機組選型指南等內容[1]。

2005年, 丹麥和菲律賓、越南等東盟國家合作開展了名為 「EU-ASEAN windproject」 的研究項目，研究在上述國家颱風頻發地區開發風電的技術可能性和對策。該項目初步研究了颱風地區風機結構的安全性設計要求，對安全係數的提高導致的機組成本增加做了初步分析[2]。

2010年，美國船級社就颶風環境下的海上風電場和海上風電機組的設計技術開展了研究，推薦採用美國石油協會的標準模型作為颶風地區的海上風電機組設計載荷計算模型[3]。

我國在中歐能源與環境合作項目 「颱風對近海風電開發的影響研究」 項目的基礎上，吸收國內風電場的颱風事故經驗，就我國近海颱風登陸情況、颱風影響下的極端風速分布以及颱風的破壞機理等做了系統性的分析和研究[4]，並完成了《颱風型風力發電機組》國家標準的編製工作。

二 風機如何能抗得住颱風

可以從風機抗颱風設計、風場運維管理等方面，提高風機的抗颱風能力。

2.1風機抗颱風設計

我國海上/岸風電建設正面臨全面提速，然而我國位於太平洋西側，是受颱風影響最為嚴重的國家之一。頻頻襲擾的颱風對海上風場來說實是一把雙刃劍，強度較弱的颱風可以給風場帶來較多的「滿發」小時數，增加發電量，提高風場經濟效益；然而，強度較強的颱風將給風場帶來極大的破壞。為更好地開發利用我國近海區域的風能資源，如何降低颱風對風場帶來的災害，將是海上/岸風電發展亟需考量的問題。

（1）避免整體傾覆

抗颱風設計應避免整體傾覆這種顛覆性破壞。為有效規避顛覆性破壞，應進行結構抗颱風設計，依據場地實測颱風風速時程進行結構隨機動力響應分析，獲取較為準確的動力放大係數。如果不具備條件，則應考慮颱風風速的強非平穩性，提出適合颱風風速的動力放大係數確定方法。一般基礎、塔筒、機艙、輪轂、葉片的安全係數依次降低。通過提高支撐結構( 塔筒與基礎) 的安全係數，降低塔筒破壞、整體傾覆的概率，以避免傾覆性破壞帶來的巨大損失。

（2）應對瞬變風速

風向的瞬時變化值對風機安全性有重要的影響。當颱風經過時，通常會帶來較大的風速，有利於海上風機的發電運行，但風向的大範圍變化給海上風機的運行帶來困難。因此， 設計海上風機時，應結合風機的運行狀態，考慮風向、湍流和變槳、偏航等控制參數，進行綜合分析。這也是風機抗颱風設計的關鍵內容之一。

（3）葉片優化設計

在各風場損壞的葉片當中，葉根折斷較多，局部脫落亦不少。為減少颱風對風機尤其是對葉片造成的損傷，可以採取以下措施：針對主梁與翼殼之間粘結強度不夠問題，採取對葉片後翼連接加設鉚固裝置等；對葉片局部構造改進；在葉片生產過程中，應進一步加強葉片局部缺陷的檢測力度，以增強葉片的抵禦颱風的能力；改進葉片用材，提高其抗極限強度和抗疲勞強度計數能力。

（4）智能偏航裝置

開發智能偏航裝置，即使機組停止運行，也能對機艙進行偏航控制來減少機組所承受的風力，從而使機組的設計可承受強台。風目前日本已設計出智能偏航控制裝置，用以降低強風所增加的機組載荷。該裝置的應用可使強風來臨時葉片和塔架負載分別降低25％和30％，從而提高風力機的可靠性。

2.2風場建設運維管理

（1）合理選址

風場的合理選址應避免諸如小山陡峭處、障礙物多，嚴重不均勻地形等高湍流強度區。

（2）風場建設

在颱風區域修建風場，建議使用地埋電纜，並安裝備用柴油發電機，以便在颱風來襲、電網掉電情況下，維持風機的偏航能力，通過維持風機基本的生存電源來降低風險。

（3）迎風順槳

颱風來臨，保持風機處於停轉順槳，但可偏航的暫停狀態是葉片防損的關鍵。颱風來襲時風機能夠主動偏航，正面迎風順槳，則能夠大大降低葉片受損的機率；保持風機的偏航功能，使其能始終對準颱風風向，從而葉片處於受力最小的順槳狀態，是降低葉片受損風險的關鍵。

參考

[1] Kogaki T，MatsumiyaH，Abe H，et al. Windcharacteristics and wind models for wind turbine design in Japan [J]. Journalof Environment and Engineering，2009，4 （3）：467-478.

[2] Tarp-JohansenN J，Clausen N E. Design of wind turbines in typhoon area：A first study of structural safety of wind turbines in typhoon proneareas[R]. Denmark：EC-ASEAN Energy Faciltiy，2006

[3] ABS.Guide for building and classing offshore wind turbine installations [S]. USA：AmericanBureau of Shipping，2010.

[4] 張秀芝， 閆俊岳， 楊校生， 等. 颱風對中國近海風電開發的影響及對策[M]. 北京： 氣象出版社， 2010.

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