风力发电机组的台风适应性设计方法研究-中国工程科学.pdfVIP

风力发电机组的台风适应性设计 方法研究 1 1 1 2 1 申新贺 ，叶杭冶 ，潘东浩 ，张秀芝 ，方郁锋 （1. 风力发电系统国家重点实验室浙江运达风电股份有限公司，杭州 310012 ；2. 国家气候中心，北京 100081） [摘要] 设计工况决定了风电机组的外部载荷和运行环境。由于目前的风电设计标准没有考虑台风环境 的影响，运行于台风地区的风电机组遭到破坏的风险增大，制造和运营成本增加。利用观测到的热带气旋 数据分析了台风过程中的湍流强度、阵风特性和风向变化特性，提出了包括台风特性、台风工况、结构失效 分析设计、台风控制策略和运维策略的系统性的风电机组台风适应性设计方法。文章基于上述方法，计算 分析了风电机组在不同工况条件下的载荷；结果表明，采用本文方法设计的风电机组，应用于台风多发地 区，具有更好的经济性和安全性。 [关键词] 风力发电机组；适应性设计方法；台风；控制策略 [中图分类号] TM315 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742（2014）03-0070-06 本、东南亚、中国以及中国台湾等台风盛行的国家 1 前言 和地区。在日本新能源和产业技术综合开发机构 经过一年的低谷期后，市场对海上风电的热情 （NEDO ）支持下，2004 年日本就开始了为期3 年的 被重新点燃。2013 年初，国家发展和改革委员会颁 风电机组抗台风设计技术的研究[1~3] ，根据研究成果 布了2013 版的《产业结构调整指导目录》，“海上风 制定了指导日本风电发展的技术指南[4] ，内容涵盖 电机组技术开发与设备制造”和“海上风电场建设 了载荷测试、极端风图谱、极端风速数据库以及风 与设备制造”进入鼓励发展的产品目录；随后，国家 电场场址评估和机组选型指南等内容。该研究的 能源局召开了海上风电发展座谈会，提出要加快推 着重点仍在于极端风速的计算和场址评估上，对风 进我国海上风电开发。 电机组的台风适应性设计研究不够深入。2005 年， 但中国近海海域台风的肆虐成为海上风电开 在欧盟的支持下，丹麦国家能源实验室和菲律宾、 发的重要制约因素。我国沿海拥有丰富的风力资 越南等东盟国家开展了名为“EU-ASEAN wind proj- 源，但缺乏应对台风环境的风电设计技术，这方面 ect”的研究项目[5] ，研究在上述国家台风频发地区开 的研究更是欠缺。为更好开发利用我国近海区域 发风电的技术可能性和对策。该项目通过对菲律 的风能资源，台风适应性技术成为我国海上风力发 宾全国极限风速的调查分析，初步研究了台风地区 电技术研究的重要内容。 风电机组结构的安全性设计要求，对安全系数的提 高导致的机组成本增加做了初步分析。该项目提 2 风电机组抗台风技术研究现状 出了如下结论：a. 在保证电力供应的情况下，风电机 国际上开展风电抗台风技术研究的主要有日 组的偏航系统能够跟上台风风向的变化；b. 要保持 [收稿日期] 2013-06-08 [基金项目] 国家科技支撑计划课题项目（2012BAA01B00 ） [作者简介] 申新贺，1980年出生，男，河南驻马店人，高级工程师，研究方向为大型风电机组的总体设计技术，海上风电和风特性分析研究； E-mail ：sxhjob@ 70 中国工程科学 与IEC 61400- 1 一致的安全性要求，将导致机组成 3.1 台风的湍流特性 本增加20 %~30 % ；c. 为了经济性更好，风电机组 台风过程中的强湍流常常是风电机组振动失 在罕见的超强台风中被破坏可以被接受。美国 效的主要原因。通过对海上测风塔观测数据的分 船级社在美国内政部的支持下研究了飓风环境