風電機組部件損壞與風電場微觀選址

    摘　要：風電場微觀選址，不僅關系到風電場機組的發電狀況，而且，還關系到風電設備的部件損壞與機組壽命。由于我國地域寬廣，地形復雜，不少地區缺乏長期的測風資料和氣象數據，這給風電場選址帶來了一定的困難。在中國風電迅猛發展時期，風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現湍流強度過大的機位提出了建議。

0  引言
　　風電場選址是風電場建設項目的前期工作，對風電場建設成敗及風電場效益起重要作用。風電場微觀選址的設計工作涉及場區風能資源的利用、風電機組及集電系統的布局、交通設施、占地規模，以及環境保護目標的實現等諸多方面，對于風電場的建設成本和電量生產、設備設施的安全可靠性和運行維護便利性等都將產生重要而廣泛的影響。 
　　風電場的微觀選址直接關系到機組部件損壞與機組壽命，在實際運行的風電場中，已有不少風電機組因微觀選址不當而造成機組部件損壞，例如：某風電場地處山地，有17 臺1.5MW 風電機組， 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象。通過多個側面的考察來看，該機組的齒輪箱損壞與微觀選址之間有必然的聯系。
1. 風電場微觀選址與機組安全
1.1 風電場微觀選址
　　風電場微觀選址是在宏觀選址選定的小區域中確定風力發電機組的分布位置，以便使整個風電場具有更好的經濟效益的過程。
　　場址選擇對風能利用的預期目標能否實現起著關鍵性的作用。如果場址選擇不合理，即使性能優異的風電機組也不能很好地發電，更有甚者，由于選址不正確，很可能導致設備的損壞。因此，如何在風電場內合理地布置風電機組，才能得到最大的發電量，獲得最佳的經濟效益，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，使機組的受力狀態惡化, 從而影響到機組的故障幾率及部件損壞，關系到將來的維修、維護成本的高低和機組的壽命，因此，風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場的風能資源，同時保證風力發電機組的安全可靠運行，IEC61400-1 對風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況是2005年版IEC61400-1 進行風電機組分類的兩個主要參數，其中極端風況主要包括極端風速、極端風切變以及風速、風向的迅速變化等，而機組輪轂高度處50 年一遇3 秒鐘極大風速，或者10 分鐘最大風速是風電機組極端載荷設計的最重要參數。
　　按照微觀選址的湍流大小選定機位，或確定所采用的風電機組的安全等級類型。根據GL 規范， 或IEC 標準，風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 中將風電場機組的設計等級分為三類IEC Ⅰ、IEC Ⅱ、IEC Ⅲ，如表1。
　　
　　V_ref 表示風電場50 年一遇的10分鐘最大風速；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 是風速為15m/s 時計算出來的湍流強度特征值。