家用小型风力发电机价格

承受住极端天气折磨的海上风力发电机

    安装海上风力发电机并不是海上风力发电场的唯一困难。海上风力发电机的设计寿命为20至30年,工作环境比陆上条件恶劣得多。在发生故障需要维修时,成本远远高于陆上风力发电机。如何保证风力涡轮机在复杂的海洋环境和不同的运行条件下安全运行,并经受住台风、严寒、腐蚀、雷暴的考验?这是海上风力发电机构制造商和基础设计施工单位必须考虑的问题。



第一个问题:台风就要来了,风电场还能运行吗?


    台风是我国东南沿海地区常见的灾害性天气。影响范围广,平均风速大,湍流强度高,风向变化快,持续时间长。它可能导致叶片断裂、塔管断裂、机舱盖倾覆等。


    目前我国正处于台风多发区南部海域,海上风电场建设较少,针对陆上风况:2003年第二期。台风“杜鹃”于9月2日登陆广东省汕尾市,风速最大的一次登陆接近中心12级,风力发电场附近登陆场址测得57米/秒,最大风速为25台风力机13台不同程度的损坏;2006年第8号台风“桑美”于8月10日在浙江省苍南市登陆。台风中心附近的最大风力在登陆时为17级。台风威马,2014年9号台风登陆在湛江,广东7月18日,中心附近最大风力17的登陆,造成1333个风力涡轮机的勇士在徐闻风力农场崩溃和5风力涡轮机是完全损坏。


    位于台风频繁海域的海上风力机应采用抗台风设计。加强机舱盖,确保机舱在台风期间处于良好状态;加强风速表的固定,使其在台风期间能正常工作。当一个强大的台风预计,有必要停止风力涡轮机,改变转子叶片的角度,并输入自动偏航模式使风向与实时风轮的脸,以保证最小负载的台风风力轮。台风过后,要检查叶片、机舱盖等是否损坏,发电机构是否能正常工作。即使没有台风预报,风速过大(大于25m/s)时,也可以切断风力机自身的控制系统,停机进入防风状态。


    然而,热带气旋带来的强风,包括台风,可以把满载的风电场长期强度不超过一定水平(风力发电机运行在满载额定风速和降低风速,大约10-25m/s),这有利于风电场的运行。据统计,中国每年平均有6.6次台风登陆,这些台风都是“好台风”,可以创造良好的发电效益,3.5次是威胁风力发电场的“坏台风”。



第二个问题:极端寒冷会影响风电场吗?


    高纬度地区的海上风电场也面临着严寒的威胁。严寒会形成海冰,破坏风力涡轮机的地基。水蒸汽(雨、雪、霜、海雾等)冻结在风机叶片等部位,影响风轮的转动;低温还会降低用于风力涡轮机的各种材料(金属、橡胶和复合材料)和润滑剂的性能。


    我国的海冰出现在冬季的渤海和黄海北岸,渤海的冰期一般超过3个月(12月——明年3月)。在冰河期,辽东湾北部海域覆盖着10至40厘米厚的海冰,漂移速度可达0.5米/秒。大面积的海冰会挤压和震动地基,导致地基振动。随着水位的变化,海冰也会对基地产生向上或向下拉的影响。海冰在冻结时渗入混凝土基础表面会产生膨胀压力,反复冻融会对混凝土造成破坏。因此,在冰冷的海水中,地基必须设计出防止海冰的措施。


    由于海上湿度高,叶片在严寒中可能会结冰,导致风力发电机发电能力下降。当积冰严重时,甚至会导致叶片断裂。在高纬度地区,寒冷的冬季也是取暖用电的高峰季节,树叶的冻结会导致年发电量的1%-10%的损失,在极端地区甚至会造成20%-50%的损失。为此,工程师们开发了多种除冰方法,其中被动除冰是在叶片表面涂上特殊的涂料,应用最广泛的是超疏水涂层,可以减少叶片与水、冰之间的粘附。在白天,在太阳的帮助下,黑色的油漆可以被除去。此外,还有一些实验室技术,如概念涂层,可以渗出一种降低凝固点的抑制剂。主动除冰装置安装在叶片表面热阻元件或内部空气加热叶片上,叶片温度在0℃以上。高纬度地区的风力涡轮机通常需要主动加热和被动涂层除冰能力的结合。


    低温还会使风力发电机的材料性能下降。无任何保护,风机的最低运行温度一般为-20℃,停机温度为-30℃。如果采用低合金钢、密封的舱室及加热设备、部件,可以让风力机也能在-30℃、-40℃的温度下正常工作至-以下停机。然而,我们的沿海水域很少有这么低的温度。



第三个问题:它是如何在海上保存的?


    海上风力涡轮机及其基础通常由大量的钢结构组成,其中海水是一种腐蚀性很强的天然电解质溶液。海水对钢结构的腐蚀本质上是一种电化学反应:钢是铁和渗碳体的混合物,形成阳极的铁被氧化成铁锈,形成阴极的渗碳体产生氧气还原。钢结构的保护也依赖于电化学,电化学是使电位值较高的铁成为阴极的阴极保护规律。作为阴极的钢结构可以受到牺牲阳极的腐蚀保护,牺牲阳极可以与比铁还原性更强的金属结构连接。常用的牺牲阳极有镁合金、锌合金、铝合金等。此外,电路中还可连接外部直流电源,将电流引至钢结构,使其成为阴极。


    另一种常见的防止腐蚀的方法是通过环氧树脂防腐涂层将钢结构与海水隔离。目前,海上风电防腐常将这两种方法结合起来,在涂层中加入大量锌粉或铝粉作为牺牲阳极。一旦涂层的阻挡层被削弱,牺牲阳极用于保护。


    在海洋上方的大气中,空气离海面越近,空气的湿度和氯含量就越高,很容易在空气中形成含有氯的细小水滴,即盐雾。当盐雾与金属接触时,也会形成电化学腐蚀。也就是说,海上风力涡轮机的腐蚀并不局限于地基和塔筒下方与海水的接触区域,而是可能发生在与海洋空气接触的任何地方。这就是为什么作为海上风力涡轮机核心的机舱需要密封起来,以隔绝外部空气。在陆上风力涡轮机中,机舱内的变速箱和发电机冷却系统依赖于气流。在海上风力涡轮机中,用于冷却的内部空气被循环利用来交换热量,而不与外界混合。在机舱和塔筒内安装除湿器,使内部湿度低于钢材料的腐蚀极限。



第四个问题:雷暴呢?

    强对流天气多发生在近海地区,空气潮湿,容易形成雷暴。海上风力涡轮机建在平坦的海面上,那里的水蒸汽和盐雾堆积在叶片上,使它们容易受到闪电的袭击。最容易被闪电损坏的部件是风力涡轮机顶部的叶片。风力机内部控制系统受雷电电流干扰,会导致风力机不能正常运行或出现误动作;闪电电流也会在机舱内的金属缝隙中产生火花,引发火灾和爆炸。


    风力涡轮机最常见的防雷方法是在叶片的顶部和下方安装一些金属避雷器。当雷电袭击时,电流通过雷电连接器和内置的叶片下引线导线传输到叶片根部和轮毂。然后将下引线导线连接到机舱和塔筒上,最后通过接地装置排放到海洋中。为避免电气设备受雷电电流干扰,可采用过压保护、屏蔽措施和等电位连接方式。机舱的内部部件应该用螺栓固定在底部的金属支架上。所有未与底盘连接的部件应尽量与地面电缆连接,防止火花产生。


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