海上風(fēng)電機(jī)組可靠性問(wèn)題的思考

王雨嬌

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京211170）

0 引言

海上風(fēng)電是節(jié)能降耗的關(guān)鍵內(nèi)容。它有很多優(yōu)點(diǎn)，海上風(fēng)況明顯好于陸地，滲流較小，空間較大，空氣污染和噪聲污染小，利于開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。但是，海上風(fēng)電仍存在一些不足。它的前期項(xiàng)目投資很大，在選擇實(shí)施風(fēng)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)模型，風(fēng)電機(jī)的運(yùn)輸及其中后期維護(hù)方面的技術(shù)難度較大。在這樣的條件下，積極探討海上風(fēng)電的技術(shù)問(wèn)題對(duì)于海上風(fēng)力資源的開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 當(dāng)前海上風(fēng)電主要技術(shù)

1.1 海上風(fēng)場(chǎng)選址

海上風(fēng)電廠必須選擇合適的開(kāi)發(fā)區(qū)域，這將是一項(xiàng)繁重的任務(wù)。如果位置選擇不正確，很可能導(dǎo)致建設(shè)項(xiàng)目失敗。然后，在選擇靜電場(chǎng)存儲(chǔ)位置時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵要素包括以下幾個(gè)方面：（1）對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的審查是否已得到有關(guān)部門(mén)的批準(zhǔn)。（2）在基本建設(shè)之前，必須注意是否獲得水域所有權(quán)。（3）在基礎(chǔ)建設(shè)的情況下，有必要對(duì)自然環(huán)境進(jìn)行相關(guān)的掌握，包括水深、水域范圍、風(fēng)資源量以及地質(zhì)條件是否有利。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。（4）考慮到制約環(huán)境的因素，有關(guān)人員應(yīng)充分考慮風(fēng)電廠的可靠性是否會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。

1.2 海上風(fēng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)支撐

在這一階段，水風(fēng)能發(fā)電機(jī)的建造有四種主要的結(jié)構(gòu)形式，即：?jiǎn)螛?、混凝土受力型、多樁和吸附力型：?）單樁：一般來(lái)說(shuō)，單樁的結(jié)構(gòu)是在海底下。在20 m至40 m之間的最深處，應(yīng)根據(jù)海床的類型更改深度。通常，樁直徑約為40 m至60 m。單樁的結(jié)構(gòu)和制造非常簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是建設(shè)和安裝成本較高。（2）混凝土沉箱。它的優(yōu)點(diǎn)是項(xiàng)目成本相對(duì)較低，并且不受海床影響。但是，必須在整個(gè)施工過(guò)程中事先做好海底準(zhǔn)備。另外，它的規(guī)格和凈重都比較大，施工也很復(fù)雜。（3）多層樁基礎(chǔ)，其特點(diǎn)是樁徑相對(duì)較小，但由于多層樁的施工工作經(jīng)驗(yàn)較少，因此適合海床施工，因此較少用于工作。（4）基本吸附力類型，基本吸附力類型分為懸臂式和多柱沉箱式。吸附沉箱基本上適合軟黏土，吸附沉箱的基本安裝成本較高。

1.3 海上風(fēng)機(jī)機(jī)組

海上風(fēng)機(jī)安裝的關(guān)鍵包括兩種方法：分體安裝和整體安裝。分體安裝意味著發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵組件在整個(gè)目標(biāo)水域中按基本→塔式→機(jī)房→葉片的順序組裝成一個(gè)整體。這種類型的建造方法類似于陸上風(fēng)電場(chǎng)，并且適用于潮間帶。在沿海地區(qū)，現(xiàn)階段運(yùn)行中的大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)都是以這種方式建造的。整體安裝是將發(fā)電機(jī)組的組件組裝成一個(gè)整體，然后將其垂直放置在集裝箱船上進(jìn)行運(yùn)輸，然后將其放置到總體目標(biāo)地址。

2 海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行可靠性問(wèn)題研究

2.1 塔架基礎(chǔ)的可靠性

在現(xiàn)階段，海上風(fēng)電機(jī)基本上分為兩類：懸浮式和底部固定式。懸浮式利用海浮力和繩索的固定功能將“風(fēng)電機(jī)”固定在海中；底部固定式使用單樁或多樁直接將塔體與深海連接起來(lái)。在現(xiàn)階段，單樁或三樁結(jié)構(gòu)主要用于近海地區(qū)，而懸浮式基礎(chǔ)設(shè)施則主要用于海底地區(qū)。

懸浮式：懸浮式基本上適用于海底區(qū)域。在保證風(fēng)機(jī)全部正常運(yùn)行的條件下，懸浮式基本上可以降低基礎(chǔ)建設(shè)的基本成本，從而降低了風(fēng)電產(chǎn)品的成本，但是在極端環(huán)境中，例如強(qiáng)風(fēng)下，其穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如前者。因此其基本繩纜的設(shè)計(jì)和底端平衡重要求較大容量。

底部固定式：相對(duì)于懸浮式，它更可靠，更不易受到海浪波紋的影響。由于其底端直接與深海剛性連接，因此不易發(fā)生大范圍的晃動(dòng)，這對(duì)于確保柴油發(fā)電機(jī)在塔架上的穩(wěn)定運(yùn)行非常有利。另外，對(duì)于主軸軸承，負(fù)載波動(dòng)小，這是有利的。這延長(zhǎng)了主軸軸承的使用壽命并降低了風(fēng)電機(jī)的應(yīng)用成本。

對(duì)于底部固定式，由于氣泡浸沒(méi)在海中，由于海浪和洋流的長(zhǎng)期沖洗作用以及海面的腐蝕作用，氣泡很容易散開(kāi)。如果更嚴(yán)重的話，甚至?xí)?dǎo)致風(fēng)電機(jī)崩潰。這個(gè)問(wèn)題必須引起重視。建議在風(fēng)機(jī)上安裝基本的實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，然后根據(jù)無(wú)線發(fā)射器將檢查數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)娇刂剖?，以便安全維護(hù)人員處理和消除風(fēng)機(jī)的基本安全隱患。

2.2 機(jī)組的防腐蝕與防潮濕

風(fēng)電機(jī)內(nèi)部的電氣控制系統(tǒng)有很多部件，在運(yùn)行過(guò)程中不允許有過(guò)高的濕度。因此，在海上環(huán)境濕度高的環(huán)境中，防水和防潮似乎非常重要。防止?jié)駳獾姆椒ㄓ泻芏?。如今，封閉式機(jī)艙被廣泛使用，即將風(fēng)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)室制成封閉式方法，然后使用空調(diào)單元進(jìn)行散熱和隔熱。風(fēng)電機(jī)組的內(nèi)部預(yù)制組件。這樣可以達(dá)到很好的防水實(shí)用效果，但是空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性相對(duì)較高。除了防水以外，耐腐蝕性也很重要。由于空氣在水中的相對(duì)濕度高，并且在海面上存在多種可溶性鹽正離子，因此風(fēng)電機(jī)結(jié)構(gòu)非常容易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。通常，風(fēng)電機(jī)設(shè)計(jì)方案的中其使用壽命超過(guò)20年，因此仍在行駛中的風(fēng)電機(jī)必須具有很強(qiáng)的耐腐蝕性。如今，更常見(jiàn)的方法是在風(fēng)電機(jī)容易腐蝕的地方使用耐腐蝕的原材料，在風(fēng)電機(jī)的外表面上刷防腐涂層，并使用不易腐蝕的高韌性聚合物材料。這對(duì)風(fēng)電機(jī)的組合具有防腐蝕作用。

2.3 極端惡劣天氣的影響

我國(guó)南部的沿海城市在夏季和秋季經(jīng)常受到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和熱帶風(fēng)暴的傷害。在北部沿海城市，冬季經(jīng)常發(fā)生低溫嚴(yán)寒以及海平面凍結(jié)，因此必須考慮極端臺(tái)風(fēng)、海嘯、冰凍和海冰等極端天氣的危害。

首先，在風(fēng)穩(wěn)定且臺(tái)風(fēng)位置經(jīng)驗(yàn)較少的地方，應(yīng)盡可能選擇風(fēng)電場(chǎng)的位置。對(duì)于北部地區(qū)可能發(fā)生海冰的地區(qū)，有必要根據(jù)過(guò)去的氣候資料對(duì)海冰的厚度和對(duì)風(fēng)電機(jī)的危害進(jìn)行科學(xué)研究，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，最后進(jìn)行科學(xué)分析。研究開(kāi)店地點(diǎn)。其次，在設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組時(shí)，有必要考慮發(fā)生破壞性溫度時(shí)風(fēng)電機(jī)組的損壞，并制定相應(yīng)的安全預(yù)防措施。

2.4 海上風(fēng)電機(jī)組的防火預(yù)案

在連接到電網(wǎng)以在陸地上發(fā)電的風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行期間，已經(jīng)發(fā)生了幾起風(fēng)電機(jī)組的火災(zāi)安全事故。一方面，這表明風(fēng)電機(jī)的電氣設(shè)備部件在運(yùn)行期間的穩(wěn)定性和耐久性仍然不足，并且不能承受風(fēng)電現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工作環(huán)境；另一方面，這也表明當(dāng)前的風(fēng)速柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮到防止火災(zāi)的發(fā)生，并且沒(méi)有針對(duì)火災(zāi)的一套合理的應(yīng)急計(jì)劃的設(shè)計(jì)方案。發(fā)電機(jī)組的防火安全在發(fā)動(dòng)機(jī)艙的一部分中很重要。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)艙結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量避免在機(jī)艙中使用電線和電纜連接（電纜端子通常是導(dǎo)致電纜著火的罪魁禍?zhǔn)祝豢杀苊獾碾娎|接頭要用阻燃劑包封。

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)艙中的塑料電氣設(shè)備，應(yīng)盡可能將其放置在鐵質(zhì)文件柜中。即使塑料組件著火，也只能在鐵制文件柜中點(diǎn)燃，不容易將火災(zāi)事故延伸到其他地方。在發(fā)動(dòng)機(jī)艙中，可以將經(jīng)過(guò)專業(yè)設(shè)計(jì)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙的頂部，該系統(tǒng)帶有多個(gè)火災(zāi)事故傳感器和泡沫滅火劑打印機(jī)噴嘴。一旦發(fā)生火災(zāi)，可以打開(kāi)火警系統(tǒng)，然后可以操作自動(dòng)滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)迅速噴灑泡沫滅火劑撲滅大火，從而將火災(zāi)事故的危害降到最低。

3 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)階段，我國(guó)的風(fēng)電廠基礎(chǔ)建設(shè)正在積極推進(jìn)，不可避免地存在很多專業(yè)性和穩(wěn)定性問(wèn)題。這種問(wèn)題不容忽視。一個(gè)小問(wèn)題很可能會(huì)導(dǎo)致毀滅性的安全事件。與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電運(yùn)行環(huán)境更加極端。必須始終在潮濕、寒冷、海上、強(qiáng)風(fēng)和耐腐蝕的條件下進(jìn)行調(diào)質(zhì)，并且安全系數(shù)和穩(wěn)定性要求更高。因此，這顯然為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)劃人員及其風(fēng)電場(chǎng)選址，工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)人員提出了大量法規(guī)。有必要額外考慮海上風(fēng)電場(chǎng)在獨(dú)特環(huán)境中的穩(wěn)定性問(wèn)題。必須確保風(fēng)電健康發(fā)展，充分考慮未來(lái)海上風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)業(yè)化帶來(lái)的許多問(wèn)題，從而真正確保在問(wèn)題發(fā)生之前就進(jìn)行預(yù)防，著眼于長(zhǎng)期。