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安裝并非是海上風電場的難點。海上風電場的設計壽命長達20～30年，其工作環(huán)境比陸地惡劣得多。期間一旦發(fā)生故障需要維修的話，所需經(jīng)費更是遠大于陸上風電。如何保證風力機在復雜海洋環(huán)境和不同運行條件下的安全運轉(zhuǎn)，并經(jīng)受臺風、嚴寒、腐蝕、雷暴的考驗?這是海上風力機制造廠家和基礎設計施工單位必須考慮的問題。

臺風來了，風電場還能運行嗎?

臺風是我國東南沿海常見的災害天氣，其影響范圍廣、平均風速大、湍流強度高、風向變化快、持續(xù)時間長，對風電場有著驚人的破壞力�？蓪е氯~片斷裂、塔筒折斷、機艙罩傾覆等。

目前我國在臺風多發(fā)的南部海域建設的海上風電場較少，從陸上風電場的情況來看：2003年第13號臺風“杜鵑”于9月2日在廣東汕尾登陸，登陸時中心附近大風力達12級，登陸點附近的風電場測得極大風速為57米/秒，其25臺風力機中的13臺受到不同程度的損壞;2006年第8號臺風“桑美”8月10日在浙江蒼南登陸，登陸時中心附近大風力為17級，導致位于蒼南的鶴頂山風電場28臺風力機全部受損，其中5臺倒塌;2014年第9號臺風“威馬遜”7月18日登陸廣東湛江，登陸時中心附近大風力為17級，導致徐聞的勇士風電場33臺風機中的13臺風力機倒塌，5臺風力機完全損壞。

位于臺風頻繁海域的海上風力機需要采用抗臺風設計：增加質(zhì)量阻尼器，減少臺風對風力機的振動;加強機艙罩，確保在臺風期間機艙完好;加強風速風向儀的固定，使其在臺風期間能夠正常運行。當預報有強臺風到來時，需控制風力機停機，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小。臺風過后，需檢查葉片、機艙罩等是否出現(xiàn)損壞、發(fā)電機構(gòu)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(tǒng)也能在風速過大(大于25米/秒)時切出，并停機順槳進入防風狀態(tài)。

不過，包括臺風在內(nèi)的熱帶氣旋帶來的大風，在不超過一定強度時可以給風電場帶來較長的滿發(fā)時段(風力機在額定風速與切出風速之間滿負荷運行發(fā)電，大致為10～25米/秒)，這是對風電場運營有利的一面。據(jù)統(tǒng)計，登陸我國的臺風平均每年有6.6個是能夠創(chuàng)造良好發(fā)電效益的“好臺風”，3.5個是對風電場有威脅的“壞臺風”。

極寒會對風電場有影響嗎?

高緯度地區(qū)的海上風電場還面臨著嚴寒的威脅。嚴寒會產(chǎn)生海冰，破壞風力機基礎;水氣(雨、雪、霜及海霧等)凍結(jié)在風力機葉片等部件上，影響風輪旋轉(zhuǎn);低溫還會讓風力機中各種材料(金屬、橡膠與復合材料)和潤滑油的性能下降。

▲面臨海冰威脅的海上風力機

我國的海冰出現(xiàn)在冬季的渤海與北黃海沿岸，渤海的冰期一般超過3個月(12 月～翌年3月)。在冰期中，遼東灣北部海域覆蓋有10～40厘米厚的海冰，漂流速度大為0.5米/秒。大面積海冰會擠壓沖擊基礎，并引起基礎震動。水位變化時，海冰還會對基礎產(chǎn)生上拔或下壓效應。滲入混凝土基礎表層的海冰在結(jié)冰時會產(chǎn)生膨脹壓力，反復凍融會破壞混凝土。為此，位于結(jié)冰海域的基礎必須設計抵御海冰的措施。

海上濕度較大，在嚴寒時葉片可能結(jié)冰，造成風力機發(fā)電能力下降，積冰嚴重時甚至可能導致葉片斷裂。在高緯度地區(qū)，寒冷的冬季通常也是取暖用電高峰，而葉片結(jié)冰會損失年發(fā)電量1%～10%，極端地區(qū)甚至能達到20%～50%。為此，工程師們開發(fā)出了多種除冰方法，其中被動除冰是在葉片表面涂以特殊涂料，目前應用廣的是超疏水涂層，可降低葉片與水、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，還有能夠滲出可降低結(jié)冰點的抑制劑的概念涂層等尚處于實驗室階段的技術。主動除冰則是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。高緯度地區(qū)的風力機一般需要結(jié)合主動加熱和被動涂層的除冰能力。

▲用直升機為葉片除冰

低溫還會讓風力機各材料的性能下降。如果沒有任何防護，風力機的低操作溫度一般是-20℃，而停機溫度是-30℃。如果采用了抗低溫的合金鋼、密封的機艙以及各部件加熱設備，則能讓風力機在-30℃也能正常工作，停機溫度可低至-40℃以下。不過，我國近海海域很少會有如此之低溫。

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