家用小型風力發電機價格

承受住極端天氣折磨的海上風力發電機

    安裝海上風力發電機并不是海上風力發電場的唯一困難。海上風力發電機的設計壽命為20至30年,工作環境比陸上條件惡劣得多。在發生故障需要維修時,成本遠遠高于陸上風力發電機。如何保證風力渦輪機在復雜的海洋環境和不同的運行條件下安全運行,并經受住臺風、嚴寒、腐蝕、雷暴的考驗?這是海上風力發電機構制造商和基礎設計施工單位必須考慮的問題。



第一個問題:臺風就要來了,風電場還能運行嗎?


    臺風是我國東南沿海地區常見的災害性天氣。影響范圍廣,平均風速大,湍流強度高,風向變化快,持續時間長。它可能導致葉片斷裂、塔管斷裂、機艙蓋傾覆等。


    目前我國正處于臺風多發區南部海域,海上風電場建設較少,針對陸上風況:2003年第二期。臺風“杜鵑”于9月2日登陸廣東省汕尾市,風速最大的一次登陸接近中心12級,風力發電場附近登陸場址測得57米/秒,最大風速為25臺風力機13臺不同程度的損壞;2006年第8號臺風“桑美”于8月10日在浙江省蒼南市登陸。臺風中心附近的最大風力在登陸時為17級。臺風威馬,2014年9號臺風登陸在湛江,廣東7月18日,中心附近最大風力17的登陸,造成1333個風力渦輪機的勇士在徐聞風力農場崩潰和5風力渦輪機是完全損壞。


    位于臺風頻繁海域的海上風力機應采用抗臺風設計。加強機艙蓋,確保機艙在臺風期間處于良好狀態;加強風速表的固定,使其在臺風期間能正常工作。當一個強大的臺風預計,有必要停止風力渦輪機,改變轉子葉片的角度,并輸入自動偏航模式使風向與實時風輪的臉,以保證最小負載的臺風風力輪。臺風過后,要檢查葉片、機艙蓋等是否損壞,發電機構是否能正常工作。即使沒有臺風預報,風速過大(大于25m/s)時,也可以切斷風力機自身的控制系統,停機進入防風狀態。


    然而,熱帶氣旋帶來的強風,包括臺風,可以把滿載的風電場長期強度不超過一定水平(風力發電機運行在滿載額定風速和降低風速,大約10-25m/s),這有利于風電場的運行。據統計,中國每年平均有6.6次臺風登陸,這些臺風都是“好臺風”,可以創造良好的發電效益,3.5次是威脅風力發電場的“壞臺風”。



第二個問題:極端寒冷會影響風電場嗎?


    高緯度地區的海上風電場也面臨著嚴寒的威脅。嚴寒會形成海冰,破壞風力渦輪機的地基。水蒸汽(雨、雪、霜、海霧等)凍結在風機葉片等部位,影響風輪的轉動;低溫還會降低用于風力渦輪機的各種材料(金屬、橡膠和復合材料)和潤滑劑的性能。


    我國的海冰出現在冬季的渤海和黃海北岸,渤海的冰期一般超過3個月(12月——明年3月)。在冰河期,遼東灣北部海域覆蓋著10至40厘米厚的海冰,漂移速度可達0.5米/秒。大面積的海冰會擠壓和震動地基,導致地基振動。隨著水位的變化,海冰也會對基地產生向上或向下拉的影響。海冰在凍結時滲入混凝土基礎表面會產生膨脹壓力,反復凍融會對混凝土造成破壞。因此,在冰冷的海水中,地基必須設計出防止海冰的措施。


    由于海上濕度高,葉片在嚴寒中可能會結冰,導致風力發電機發電能力下降。當積冰嚴重時,甚至會導致葉片斷裂。在高緯度地區,寒冷的冬季也是取暖用電的高峰季節,樹葉的凍結會導致年發電量的1%-10%的損失,在極端地區甚至會造成20%-50%的損失。為此,工程師們開發了多種除冰方法,其中被動除冰是在葉片表面涂上特殊的涂料,應用最廣泛的是超疏水涂層,可以減少葉片與水、冰之間的粘附。在白天,在太陽的幫助下,黑色的油漆可以被除去。此外,還有一些實驗室技術,如概念涂層,可以滲出一種降低凝固點的抑制劑。主動除冰裝置安裝在葉片表面熱阻元件或內部空氣加熱葉片上,葉片溫度在0℃以上。高緯度地區的風力渦輪機通常需要主動加熱和被動涂層除冰能力的結合。


    低溫還會使風力發電機的材料性能下降。無任何保護,風機的最低運行溫度一般為-20℃,停機溫度為-30℃。如果采用低合金鋼、密封的艙室及加熱設備、部件,可以讓風力機也能在-30℃、-40℃的溫度下正常工作至-以下停機。然而,我們的沿海水域很少有這么低的溫度。



第三個問題:它是如何在海上保存的?


    海上風力渦輪機及其基礎通常由大量的鋼結構組成,其中海水是一種腐蝕性很強的天然電解質溶液。海水對鋼結構的腐蝕本質上是一種電化學反應:鋼是鐵和滲碳體的混合物,形成陽極的鐵被氧化成鐵銹,形成陰極的滲碳體產生氧氣還原。鋼結構的保護也依賴于電化學,電化學是使電位值較高的鐵成為陰極的陰極保護規律。作為陰極的鋼結構可以受到犧牲陽極的腐蝕保護,犧牲陽極可以與比鐵還原性更強的金屬結構連接。常用的犧牲陽極有鎂合金、鋅合金、鋁合金等。此外,電路中還可連接外部直流電源,將電流引至鋼結構,使其成為陰極。


    另一種常見的防止腐蝕的方法是通過環氧樹脂防腐涂層將鋼結構與海水隔離。目前,海上風電防腐常將這兩種方法結合起來,在涂層中加入大量鋅粉或鋁粉作為犧牲陽極。一旦涂層的阻擋層被削弱,犧牲陽極用于保護。


    在海洋上方的大氣中,空氣離海面越近,空氣的濕度和氯含量就越高,很容易在空氣中形成含有氯的細小水滴,即鹽霧。當鹽霧與金屬接觸時,也會形成電化學腐蝕。也就是說,海上風力渦輪機的腐蝕并不局限于地基和塔筒下方與海水的接觸區域,而是可能發生在與海洋空氣接觸的任何地方。這就是為什么作為海上風力渦輪機核心的機艙需要密封起來,以隔絕外部空氣。在陸上風力渦輪機中,機艙內的變速箱和發電機冷卻系統依賴于氣流。在海上風力渦輪機中,用于冷卻的內部空氣被循環利用來交換熱量,而不與外界混合。在機艙和塔筒內安裝除濕器,使內部濕度低于鋼材料的腐蝕極限。



第四個問題:雷暴呢?

    強對流天氣多發生在近海地區,空氣潮濕,容易形成雷暴。海上風力渦輪機建在平坦的海面上,那里的水蒸汽和鹽霧堆積在葉片上,使它們容易受到閃電的襲擊。最容易被閃電損壞的部件是風力渦輪機頂部的葉片。風力機內部控制系統受雷電電流干擾,會導致風力機不能正常運行或出現誤動作;閃電電流也會在機艙內的金屬縫隙中產生火花,引發火災和爆炸。


    風力渦輪機最常見的防雷方法是在葉片的頂部和下方安裝一些金屬避雷器。當雷電襲擊時,電流通過雷電連接器和內置的葉片下引線導線傳輸到葉片根部和輪轂。然后將下引線導線連接到機艙和塔筒上,最后通過接地裝置排放到海洋中。為避免電氣設備受雷電電流干擾,可采用過壓保護、屏蔽措施和等電位連接方式。機艙的內部部件應該用螺栓固定在底部的金屬支架上。所有未與底盤連接的部件應盡量與地面電纜連接,防止火花產生。


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