2017-2018冬季風機結冰風險前瞻

 

 

　　寒潮來不來

 

　　近日逐漸入冬，歲末年初也預示著即將迎來2018年初的寒潮。猶記得2017年2月的那場寒潮，全國大范圍地區降溫8-12°C，直接達到藍色預警等級。

 

　　2017年寒潮與2016年的世紀寒潮很相似，都是北極地區大幅升溫，導致極渦南下。連續兩年大幅寒潮，對于許多地區的風場是否能抵御結冰風險來說都是一個不小的挑戰。

 

　　這個冬天是否還會面臨同樣的境況呢？以下我們將對此進行詳細說明。

 

　　下圖為2017年12月至2018年2月的連續三個月月氣溫異常的預測統計，可以看出明顯在2018年1月時中國中東部和南方地區氣溫低于往年的概率比較大，可能成為山地風場結冰的高發月份。

 

 

　　到底冷不冷

 

　　判斷是否會發生如去年一樣的極端天氣狀況，一個重要的表征就是ENSO（El Niño-Southern Oscillation 厄爾尼諾與南方濤動循環）。

 

　　注：“厄爾尼諾”(El Niño)，意為"圣嬰"，是指赤道太平洋中東部海洋表面溫度持續異常增溫的現象。當厄爾尼諾現象發生時，太平洋廣大水域的水溫升高，會造成南方濤動現象（Southern Oscillation，SO）。“拉尼娜”(LaNina)，意為“小女孩”，指赤道中東太平洋海面溫度持續異常偏冷的現象。氣象上把兩者合稱為ENSO（El Niño/La Niña-Southern Oscillation，簡寫ENSO，音“恩索”）。這種全球尺度的氣候振蕩被稱為ENSO循環。

 

　　簡單來說，厄爾尼諾發生時氣溫上升，中國地區會更暖，拉尼娜發生時，中國地區會更冷，但這些只是從可能性的角度來說。通常，出現拉尼娜事件時，中國冬季會更冷，但也并不意味著會進入寒冬，只是進入寒冬的概率高一些，特別是南方地區。

 

　　面對即將來臨的寒潮，到底對氣溫會造成多大程度的影響我們有必要用ENSO預測作為判斷依據之一。

 

　　下圖為截取的近年來海洋尼諾指數，紅線表征厄爾尼諾發生可能性，藍線表征拉尼娜發生可能性，可以看出2017-2018年冬季指數在兩個范圍之內，處于自然水平，這個冬季大概率會保持平穩狀態。這種平穩的狀態極大可能表征氣溫的波動性變化，與文中12月-2月的氣溫預測相對應。

 

 

　　下圖為ENSO發生可能性的概率統計，同樣可以看出自然狀態（綠色）的發生可能性更高。

 

 

　　危害大不大

 

　　冰凍災害預警的重要性

 

　　雖然風機葉片覆冰為偶發性事件，一旦發生，將對風電場運行造成巨大影響，同時，也為周邊人員的安全埋下隱患。

 

　　積冰的影響

 

　　1）當風機葉片表面大量積冰時，由于每個葉片上的冰載不同，使機組的不平衡載荷增大，從而降低風機的零部件壽命，對機組造成較大的危害；

 

　　2）由于積冰厚度不一，葉片原有的氣動外形將發生改變，降低機組的風能利用系數，從而造成發電功率降低，嚴重時還可造成風電機組無法正常啟動；

 

　　3）風機上的測風儀結冰后，將無法正常工作，使測量數據不準，影響機組的正常運行和控制；

 

　　4）結冰后，如果風機繼續運行，拋出的冰層碎塊或掉落的大冰塊可能會傷害到風機自身及其附近的人或物。

 

　　低溫的影響

 

　　1）由于空氣密度隨著溫度的降低而增大，因此低溫環境會造成風電機組額定出力增加，出現過發過載的情況；

 

　　2）風機出現低溫疲勞問題，嚴重情況下可造成焊縫斷裂；

 

　　3）風電機組所使用的潤滑油將隨著溫度的降低粘稠度增大，流動性變差，風機需要潤滑的部位可能無法得到充分的油量供應，從而危及風機設備的安全。

 

　　因此，在冰凍災害天氣發生前的有效預警時間內準確高效地傳遞天氣預測預警信息至關重要。高精度氣象預測預警服務方案，可以最大程度上預防葉片結冰對機組的危害，優化客戶資源配置，降低客戶財產損失，確保人員和設備安全。