風(fēng)電機(jī)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(jī)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(jī)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(cè)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(shí)期，風(fēng)電場湍流強(qiáng)度等問題沒有引起足夠重視，這對(duì)機(jī)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(jìn)行分析，對(duì)因湍流強(qiáng)度過大而造成部件損壞的運(yùn)行機(jī)組與在選址過程中發(fā)現(xiàn)湍流強(qiáng)度過大的機(jī)位提出了建議。

0  引言
　　風(fēng)電場選址是風(fēng)電場建設(shè)項(xiàng)目的前期工作，對(duì)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(jì)工作涉及場區(qū)風(fēng)能資源的利用、風(fēng)電機(jī)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(hù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)等諸多方面，對(duì)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(yùn)行維護(hù)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(jī)組部件損壞與機(jī)組壽命，在實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)電場中，已有不少風(fēng)電機(jī)組因微觀選址不當(dāng)而造成機(jī)組部件損壞，例如：某風(fēng)電場地處山地，有17 臺(tái)1.5MW 風(fēng)電機(jī)組， 其中一臺(tái)的主齒輪箱不到3 年就會(huì)損壞，至今已更換兩次，而在該風(fēng)電場同型號(hào)安裝同一配套廠家齒輪箱的其他機(jī)組運(yùn)行達(dá)7 年之久，則少有齒輪箱損壞的現(xiàn)象。通過多個(gè)側(cè)面的考察來看，該機(jī)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(jī)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(jī)組的分布位置，以便使整個(gè)風(fēng)電場具有更好的經(jīng)濟(jì)效益的過程。
　　場址選擇對(duì)風(fēng)能利用的預(yù)期目標(biāo)能否實(shí)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(jī)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(jī)組，才能得到最大的發(fā)電量，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益，一直是微觀選址工作的焦點(diǎn)。
1.2 微觀選址與湍流強(qiáng)度
　　目前，微觀選址軟件大都以發(fā)電量最大化為原則進(jìn)行機(jī)位的布置，而機(jī)組的位置還直接關(guān)系到該機(jī)位湍流強(qiáng)度的大小。較強(qiáng)的湍流將會(huì)造成機(jī)組振動(dòng)，使機(jī)組的受力狀態(tài)惡化, 從而影響到機(jī)組的故障幾率及部件損壞，關(guān)系到將來的維修、維護(hù)成本的高低和機(jī)組的壽命，因此，風(fēng)電場微觀選址對(duì)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(shí)保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，IEC61400-1 對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行了安全分級(jí)。輪轂高度處的湍流強(qiáng)度以及極端風(fēng)況是2005年版IEC61400-1 進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組分類的兩個(gè)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(jī)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(jī)組極端載荷設(shè)計(jì)的最重要參數(shù)。
　　按照微觀選址的湍流大小選定機(jī)位，或確定所采用的風(fēng)電機(jī)組的安全等級(jí)類型。根據(jù)GL 規(guī)范， 或IEC 標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)電機(jī)組的湍流強(qiáng)度等級(jí)一般有A、B 兩種， 新的IEC 版本中也有C 等級(jí)的湍流強(qiáng)度等級(jí)。
　　在IEC 61400 中將風(fēng)電場機(jī)組的設(shè)計(jì)等級(jí)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(jí)為高湍流強(qiáng)度，B 級(jí)為中等湍流強(qiáng)度，C 級(jí)為低湍流強(qiáng)度；I₁₅ 是風(fēng)速為15m/s 時(shí)計(jì)算出來的湍流強(qiáng)度特征值。