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      讓“大風(fēng)車”在世界屋脊上立住站穩(wěn)

      2023-09-11 06:38:25何亮
      科學(xué)導(dǎo)報 2023年60期
      關(guān)鍵詞:王亮大風(fēng)車風(fēng)電場

      何亮

      措美哲古風(fēng)電場項目團隊利用智慧風(fēng)場的數(shù)字化和智能化技術(shù),實時監(jiān)控現(xiàn)場天氣情況和機組運行情況,做到提前預(yù)警潛在故障,提前準備備用器部件,最終在無人值守或少人值班的前提下,降低了故障率、提升了發(fā)電量和經(jīng)濟效益。

      向云端,山那邊,水里面……盛夏時節(jié),坐落在我國西南邊陲的一個偏遠縣城——西藏自治區(qū)山南市措美縣一片祥和。這里天空蔚藍、雪山連綿、江水奔騰,圣潔的雪域高原吹拂的浩蕩長風(fēng)經(jīng)年不息。

      8月3日,海拔5000多米的措美哲古風(fēng)電場迎來了它的“高光時刻”:5臺單機容量3.6兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機組威武矗立,喜馬拉雅北麓的山風(fēng)呼嘯而至,帶動葉片徐徐旋轉(zhuǎn)化為電流,轉(zhuǎn)瞬間并入電網(wǎng),點亮萬家燈火。

      “這是西藏自治區(qū)首個超高海拔風(fēng)電開發(fā)技術(shù)研究和科技示范項目,也是首個并入西藏主電網(wǎng)的風(fēng)電項目?!比龒{集團措美哲古風(fēng)電場項目負責(zé)人王亮告訴筆者,此次投產(chǎn)的3.6兆瓦風(fēng)電機組是目前我國超高海拔地區(qū)已投產(chǎn)容量最大的風(fēng)電機組,待風(fēng)電場項目全部投產(chǎn)后,年發(fā)電量將超過2億千瓦時,可以滿足周邊近14萬個家庭一年的用電量。

      青藏高原的優(yōu)質(zhì)風(fēng)能不可辜負

      措美哲古風(fēng)電場的風(fēng)機建設(shè)在海拔5000米至5200米之間,總裝機72.6兆瓦。為何要堅持在世界屋脊建設(shè)風(fēng)電場?王亮的回答言簡意賅:這里的風(fēng)能資源不可辜負!

      打開中國地形圖,遼闊的青藏高原引人矚目。這里的山脈多呈東西走向,地勢由西向東降低,地面海拔高程伴隨緯度的升高發(fā)生急劇變化,更加助長了西風(fēng)的強度和頻次。

      氣象數(shù)據(jù)顯示,青藏高原有著豐富的風(fēng)能資源,西藏自治區(qū)風(fēng)能蘊藏量約為1.9億千瓦,居全國第八位。風(fēng)能資源在每秒7米以上的區(qū)域約占青藏高原總面積的30%,主要分布于海拔4800米以上的高山地區(qū),技術(shù)可開發(fā)量約1.8億千瓦。

      “目前,西藏自治區(qū)的電源結(jié)構(gòu)以水電和光伏為主,水力發(fā)電量占總發(fā)電量的89.81%,太陽能發(fā)電量占7.73%?!蓖趿帘硎?,西藏的電能還有著“夏盈冬缺、晝盈夜缺”的特點。

      由于西藏自治區(qū)基礎(chǔ)電源都是水電和光伏電,因此在冬季來水偏少的情況下,會有一定程度的缺電。同樣,光伏電站也是白天日照充足的時候發(fā)電量大。而措美哲古風(fēng)電場發(fā)電量最大的時候往往是在冬季,夜間用電的高峰期也恰是風(fēng)機發(fā)電最多的時候?!八?,措美哲古風(fēng)電場的建設(shè),可為改善西藏電源結(jié)構(gòu)起到積極作用?!蓖趿琳f。

      建設(shè)高海拔風(fēng)電場面臨諸多難題

      海拔5000米,已經(jīng)接近超高海拔與極高海拔的臨界點,其氣流條件、氣壓條件和氣候條件都對機組性能提出了更高的要求。建設(shè)高海拔風(fēng)電場,面臨著諸多難題。

      業(yè)內(nèi)流行著這么一句話:高海拔地區(qū)的風(fēng)“有氣無力”。這是因為風(fēng)能大小與空氣密度成正比,而高海拔地區(qū)空氣密度低,因此與平原地區(qū)同等風(fēng)速條件相比,這里的風(fēng)機轉(zhuǎn)速更慢,發(fā)電功率更低,總結(jié)成一句話:“風(fēng)大,但帶不動。”

      不僅如此,高原地區(qū)風(fēng)速變化快,有時早晚風(fēng)力小,中午卻刮起超強大風(fēng)。風(fēng)速的劇烈變化導(dǎo)致風(fēng)機功率波動較大,不僅有損機組的核心器部件,還對平穩(wěn)發(fā)電造成不利影響。此外,氣壓低的高海拔地區(qū)散熱條件差,這就容易導(dǎo)致風(fēng)機軸承過熱,降低機組使用壽命。有時,風(fēng)機還會面對冰雹、雷劈等極端氣候條件。在超高海拔環(huán)境中,還有紫外線強度高、高低溫變化劇烈、風(fēng)沙雨雪沖刷頻繁等問題,這都對風(fēng)機葉片性能提出了更高要求。

      在大家的印象中,風(fēng)機總是慢悠悠地旋轉(zhuǎn),殊不知,風(fēng)機葉片前緣的運動速度有時可以達到高鐵的時速。

      青藏高原地區(qū)的風(fēng)機經(jīng)常遇到氣流干擾現(xiàn)象。王亮告訴筆者,就像大家平時坐飛機遇到氣流干擾時一樣,高速運動的風(fēng)機如果遇到氣流干擾,同樣會發(fā)生顛簸,這會影響發(fā)電效率。

      建設(shè)高海拔風(fēng)電場,施工也是個難題。一些施工機器也會產(chǎn)生“高原反應(yīng)”,出現(xiàn)降耗降容的現(xiàn)象,比如起吊機械時,由于氧氣不足、燃燒不充分,導(dǎo)致施工設(shè)備無法達到與平原地區(qū)相同的出力效果。

      技術(shù)創(chuàng)新“治好”風(fēng)機“高原反應(yīng)”

      在如此高的地方建設(shè)風(fēng)電場史無前例,這意味著無經(jīng)驗可循、無技術(shù)可依。依靠技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)計優(yōu)化,措美哲古風(fēng)電場項目成功實現(xiàn)了在超高海拔地區(qū)高效率發(fā)電。

      針對高海拔環(huán)境,措美哲古風(fēng)電場的機組選擇了葉片長度更長的風(fēng)機產(chǎn)品,加大機組掃風(fēng)面積,增強捕風(fēng)能力。王亮為科技日報筆者打了一個形象比方:“如果說平原地區(qū)的風(fēng)是一碗米飯,那么高原地區(qū)的風(fēng)就是一碗稀飯,我們要通過把碗變大來‘喂飽風(fēng)機?!币虼耍朊勒芄棚L(fēng)電場機組的葉輪直徑較其他地區(qū)的同等功率機組增加了20米左右,使其掃風(fēng)面積增加了近30%,相當(dāng)于多出11個籃球場那么大的面積。

      針對高海拔地區(qū)惡劣的氣候環(huán)境,在風(fēng)機葉片研發(fā)過程中,項目團隊在葉片表面采用高耐候性、高耐磨性、高彈性的膠衣及面漆涂層,以延緩葉片老化?!叭绻f低海拔地區(qū)機組葉片穿的是普通棉服,那么高原機組的葉片穿的就是高科技沖鋒衣?!蓖趿帘硎荆@樣的設(shè)計能最大程度地保護葉片,抵御惡劣環(huán)境,保證機組的質(zhì)量和運行壽命。

      針對西藏空氣密度較低這一特點,項目團隊優(yōu)化了葉片的氣動外形設(shè)計,提高了葉片對氣流的適應(yīng)性,從而穩(wěn)定了機組的功率輸出。

      “為了解決施工建設(shè)難題,在措美哲古風(fēng)電場項目中,我們借助數(shù)字技術(shù),最大限度地扭轉(zhuǎn)了自然環(huán)境帶來的困局。”王亮告訴筆者,項目團隊利用智慧風(fēng)場的數(shù)字化和智能化技術(shù),實時監(jiān)控現(xiàn)場天氣情況和機組運行情況,做到提前預(yù)警潛在故障,提前準備備用器部件,最終在無人值守或少人值班的前提下,降低了故障率、提升了發(fā)電量和經(jīng)濟效益。

      不僅如此,高海拔地區(qū)的風(fēng)機壽命一般要比平原風(fēng)機的壽命短。但是,由于采取了一系列獨特設(shè)計,措美哲古風(fēng)電場的高原風(fēng)機壽命已經(jīng)達到和平原風(fēng)機同等的水平,即20年以上。

      從海洋到陸地,從平原到高原甚至沙漠,近年來,我國持續(xù)推進大型風(fēng)電光伏等可再生能源建設(shè)。截至2023年上半年,全國可再生能源裝機達到13.22億千瓦,同比增長18.2%,歷史性超過煤電,大約占到我國總裝機的48.8%;其中,風(fēng)電裝機3.89億千瓦,上半年發(fā)電量4628億千瓦時,同比增長20%。

      三峽集團董事長、黨組書記雷鳴山表示,西藏措美哲古風(fēng)電場成功建設(shè),為后續(xù)超高海拔地區(qū)“基地化、規(guī)?;⒓羞B片”風(fēng)電開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ),對我國超高海拔風(fēng)電開發(fā)建設(shè)和地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展都具有十分重要的意義。

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