風(fēng)電機組部件損壞與風(fēng)電場微觀選址

    摘　要：風(fēng)電場微觀選址，不僅關(guān)系到風(fēng)電場機組的發(fā)電狀況，而且，還關(guān)系到風(fēng)電設(shè)備的部件損壞與機組壽命。由于我國地域?qū)拸V，地形復(fù)雜，不少地區(qū)缺乏長期的測風(fēng)資料和氣象數(shù)據(jù)，這給風(fēng)電場選址帶來了一定的困難。在中國風(fēng)電迅猛發(fā)展時期，風(fēng)電場湍流強度等問題沒有引起足夠重視，這對機組的部件和壽命極為不利。本文就部件損壞與風(fēng)電場選址問題進行分析，對因湍流強度過大而造成部件損壞的運行機組與在選址過程中發(fā)現(xiàn)湍流強度過大的機位提出了建議。

0  引言
　　風(fēng)電場選址是風(fēng)電場建設(shè)項目的前期工作，對風(fēng)電場建設(shè)成敗及風(fēng)電場效益起重要作用。風(fēng)電場微觀選址的設(shè)計工作涉及場區(qū)風(fēng)能資源的利用、風(fēng)電機組及集電系統(tǒng)的布局、交通設(shè)施、占地規(guī)模，以及環(huán)境保護目標的實現(xiàn)等諸多方面，對于風(fēng)電場的建設(shè)成本和電量生產(chǎn)、設(shè)備設(shè)施的安全可靠性和運行維護便利性等都將產(chǎn)生重要而廣泛的影響。 
　　風(fēng)電場的微觀選址直接關(guān)系到機組部件損壞與機組壽命，在實際運行的風(fēng)電場中，已有不少風(fēng)電機組因微觀選址不當而造成機組部件損壞，例如：某風(fēng)電場地處山地，有17 臺1.5MW 風(fēng)電機組， 其中一臺的主齒輪箱不到3 年就會損壞，至今已更換兩次，而在該風(fēng)電場同型號安裝同一配套廠家齒輪箱的其他機組運行達7 年之久，則少有齒輪箱損壞的現(xiàn)象。通過多個側(cè)面的考察來看，該機組的齒輪箱損壞與微觀選址之間有必然的聯(lián)系。
1. 風(fēng)電場微觀選址與機組安全
1.1 風(fēng)電場微觀選址
　　風(fēng)電場微觀選址是在宏觀選址選定的小區(qū)域中確定風(fēng)力發(fā)電機組的分布位置，以便使整個風(fēng)電場具有更好的經(jīng)濟效益的過程。
　　場址選擇對風(fēng)能利用的預(yù)期目標能否實現(xiàn)起著關(guān)鍵性的作用。如果場址選擇不合理，即使性能優(yōu)異的風(fēng)電機組也不能很好地發(fā)電，更有甚者，由于選址不正確，很可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞。因此，如何在風(fēng)電場內(nèi)合理地布置風(fēng)電機組，才能得到最大的發(fā)電量，獲得最佳的經(jīng)濟效益，一直是微觀選址工作的焦點。
1.2 微觀選址與湍流強度
　　目前，微觀選址軟件大都以發(fā)電量最大化為原則進行機位的布置，而機組的位置還直接關(guān)系到該機位湍流強度的大小。較強的湍流將會造成機組振動，使機組的受力狀態(tài)惡化, 從而影響到機組的故障幾率及部件損壞，關(guān)系到將來的維修、維護成本的高低和機組的壽命，因此，風(fēng)電場微觀選址對其未來收益的影響不容忽視。
　　為了最大限度地利用特定風(fēng)場的風(fēng)能資源，同時保證風(fēng)力發(fā)電機組的安全可靠運行，IEC61400-1 對風(fēng)電機組進行了安全分級。輪轂高度處的湍流強度以及極端風(fēng)況是2005年版IEC61400-1 進行風(fēng)電機組分類的兩個主要參數(shù)，其中極端風(fēng)況主要包括極端風(fēng)速、極端風(fēng)切變以及風(fēng)速、風(fēng)向的迅速變化等，而機組輪轂高度處50 年一遇3 秒鐘極大風(fēng)速，或者10 分鐘最大風(fēng)速是風(fēng)電機組極端載荷設(shè)計的最重要參數(shù)。
　　按照微觀選址的湍流大小選定機位，或確定所采用的風(fēng)電機組的安全等級類型。根據(jù)GL 規(guī)范， 或IEC 標準，風(fēng)電機組的湍流強度等級一般有A、B 兩種， 新的IEC 版本中也有C 等級的湍流強度等級。
　　在IEC 61400 中將風(fēng)電場機組的設(shè)計等級分為三類IEC Ⅰ、IEC Ⅱ、IEC Ⅲ，如表1。
　　
　　V_ref 表示風(fēng)電場50 年一遇的10分鐘最大風(fēng)速；A 級為高湍流強度，B 級為中等湍流強度，C 級為低湍流強度；I₁₅ 是風(fēng)速為15m/s 時計算出來的湍流強度特征值。