中国古代有一个“自相矛盾”的典故:“以子之矛,陷子之盾,何如?”如果用“风之矛”对“风机之盾”,结果会怎么样呢?尤其是到了台风级别的风力呢?
台风,本质是热带气旋,按照国际惯例,最大风速在12~13级(32.7~41.4米/秒)的热带气旋才叫台风,风速8~11级的热带气旋只能称为热带风暴。可见,台风是比风暴还猛烈的强风。台风的破坏力很强,主要原因是它具有极值风速大、风向变化快、影响区域广、湍流强度高等特点。中国东南沿海地区经常遭遇台风袭击。
风机,是利用风力发电的装置,没有风万万不行。通常来说,风越大能量越高,对发电越有利。但凡事过犹不及,风太大了,也有可能会出问题。
首先,材料的强度可能会出现问题,在普通的大风天气,经常遇到树枝被吹断的情况,有时候大树也会被连根拔起。风机也与树木一样,并不具备金刚不坏之躯,抗外力的能力有一定限度,遇到比风暴还猛烈的台风,吹断叶片或立柱的可能性也是存在的。其次,共振也可能是导致问题发生的原因。从设计角度来讲,肯定不会将风机的共振频率,设计到正常工作的频率范围内,所以寻常的风不会使风机发生共振。但台风非常强大且风向与风力又呈现连续变化的特点,碰巧遇到共振频率的可能性大大增加,一旦发生共振,风机就难逃折戟沉沙的命运了。另外可能出现的问题是超负荷,如果在强风中风机没有发生机械损坏,那么它一定会像疯了一样狂转,产生的电流有可能超过设计的负荷,而发生线路熔断,或者发生不同位置的电流击穿。
避免现实当中风机遭遇台风可能出现的上述问题主要有以下方法。
第一计,三十六计走为上。躲开台风区域建设风机。同样的投资,同样的设备,可以把风机建在没有台风的地方,避免台风破坏的同时照样有收益。风机还可以给台风留下打油诗一首:“台风任你强,我去逍遥乡。此生不相见,能把我咋样?”走为上计的确有效,但显不出风机的“英雄本色”,不算是最妙之计。
第二计,自强之计。面对台风,风机也可以选择坚强面对。打铁还需自身硬,既然要挑战台风,就要做好充分的准备。可以把风机设计得特别坚固,比如有一种耐风机组,可以承受的极限风速为70.0米/秒,有抵抗17级(风速56.1~61.2米/秒)超强台风的能力。这种风机也可以给台风留下两句诗来表明心迹:任尔东西南北风,咬定发电不放松。
第三计,避其锐气、击其惰归。这一计适用的范围最广,毕竟多数情况下为考虑成本,既不会把风机造得那么结实,也不会完全躲开暴风的袭击。在若干年不遇的台风面前,没有坚强的体魄,普通风机该怎么办?聪明的设计师对此早有准备,在风机控制系统中有三项功能可以专门用来对付台风。一是偏航控制功能,在风速不超过发电极限时,偏航控制功能可以保证风机叶轮正对来风方向,保证受力均匀,充分利用来风的能量。二是变桨功能,如果风力太强,超过风机运行条件,发电机自动脱网,变桨功能使叶片顺桨,就是使叶轮平面与来风方向平行。仿佛侧身一让,避开台风的冲撞。在顺桨的同时将叶片置于自由转动状态,可以改善叶轮受力状况,避免锁定的叶片在台风湍流中发生扭损。三是“弃卒保帅”,在设计叶片时专门将其强度调到可以被台风折断的范围,这样,在强风中叶片折断反而降低了整机的受力负荷,可以避免更大的破坏。
有了以上三条妙计,人们基本不必再担心风机遇到台风怎么办的问题,即使是台风频频到访的沿海地区,也可通过合理的规划设计建设风电场,实现风电系统的平衡运行。
在台风多发的沿海地区,已经建成的风电场还要在运行管理上加强应对台风的措施,及时更换损坏配件、坚持日常检测和台风季到来前后的专项检测,确保风电场可以有效应对台风。
虽然强大的台风会影响风电机组的运行,但大风到来之际,正是风机大显身手之时,亦是风能尽显“风流”之日。