風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)的事故分析及其規(guī)避

劉越

摘? ?要：近年來，風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)中成熟且具有發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。而風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中存在的安全隱患及引發(fā)的事故亦吸引著業(yè)內(nèi)人員的廣泛關(guān)注。例如機(jī)組在極其惡劣的環(huán)境中工作、安裝質(zhì)量與穩(wěn)定性會(huì)存在些許問題、作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要組成部分的塔架和基礎(chǔ)不能保持整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定作用等。通過對當(dāng)今風(fēng)力發(fā)電存在問題分析，為了避免風(fēng)力發(fā)電事故的產(chǎn)生而影響風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，本文進(jìn)行了詳細(xì)且具體的闡述與總結(jié)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電? 結(jié)構(gòu)? 事故分析? 避免策略

能源是當(dāng)今社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石。在全球范圍內(nèi)，隨著能源危機(jī)與污染問題的加劇，研發(fā)新能源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展占據(jù)重要地位。風(fēng)能作為無污染、方便利用和儲(chǔ)量豐富的重要可再生能源之一，當(dāng)之無愧地成為不可再生能源的補(bǔ)給之一。目前我國風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為發(fā)展速度迅猛的產(chǎn)業(yè)之一。其中風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)就是可靠、維護(hù)簡單、建設(shè)周期相對而言短暫。當(dāng)然，目前風(fēng)力發(fā)電也存在一些問題，例如由于單機(jī)容量小而導(dǎo)致的土地資源花費(fèi)較高;風(fēng)力發(fā)電站的建設(shè)集中;發(fā)電技術(shù)缺乏經(jīng)濟(jì)性等。但是，隨著國家繼續(xù)推動(dòng)風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大容量、高效率、低風(fēng)速設(shè)備的研發(fā)，保證市場全面發(fā)展且公平，風(fēng)力發(fā)電將會(huì)有較大的突破。

1? 風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)事故分析

近年來，頻繁發(fā)生因臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致的安全事故，例如2015年4月14日在浙江鶴頂山杜鵑花節(jié)，現(xiàn)場大量游客爬上網(wǎng)架觀看表演，由于受力不均勻?qū)е戮W(wǎng)架倒塌造成2人死亡、15人受傷的事故。該事件進(jìn)一步增強(qiáng)了研究者們解決風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)安全性的決心。通過分析風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)事故及其發(fā)生破壞性事件的原因，從而創(chuàng)造應(yīng)對對策目的是盡量減少影響安全的事故發(fā)生。另外，安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組的位置及周圍的交通情況一般較差，如果出現(xiàn)設(shè)備毀壞或者停機(jī)，那么維修機(jī)組、爭端故障和更換某些部件均需要耗費(fèi)大量時(shí)間，給經(jīng)濟(jì)帶來巨大的損失。

1.1 典型的事故分析

在日常生活中造成風(fēng)力發(fā)電安全事故大致分為以下五類：（1）風(fēng)力發(fā)電裝置法蘭破壞。連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)塔和塔筒以及塔筒間的構(gòu)件是法蘭這個(gè)原件。它承受著拉應(yīng)力和壓應(yīng)力這一對反作用力，在一定負(fù)載作用壓力下，法蘭會(huì)因變形而導(dǎo)致松弛，進(jìn)而產(chǎn)生拉力衰減現(xiàn)象，從而可能引發(fā)極其嚴(yán)重的安全事故。（2）風(fēng)力發(fā)電裝置基礎(chǔ)整體或者環(huán)處破壞。臺(tái)風(fēng)原因或者土質(zhì)松軟可能直接導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電裝置整體傾倒或者某處接觸地方受到損壞。（3）風(fēng)力發(fā)電基地拖網(wǎng)事故。大規(guī)模接入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性將隨著裝機(jī)的容量不斷擴(kuò)大，從而進(jìn)一步影響接入地區(qū)的調(diào)頻調(diào)壓和安全可靠性。電纜安裝的質(zhì)量問題造成跳閘、造成風(fēng)力發(fā)電基地電壓不穩(wěn)定，因此出現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電基地拖網(wǎng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。（4）風(fēng)力發(fā)電裝置破壞的其他原因。例如間接的天氣或者環(huán)境原因：酸雨導(dǎo)致的金屬元件的腐蝕，意外原因?qū)е碌钠茐?。?）隨著不斷增加的風(fēng)力發(fā)電電機(jī)的數(shù)量，機(jī)組規(guī)模不斷擴(kuò)增，相應(yīng)的成本費(fèi)、日常保養(yǎng)費(fèi)用以及維護(hù)費(fèi)用也在不斷增加。如若機(jī)組出現(xiàn)問題，則電力系統(tǒng)的問題隨之而來，嚴(yán)重的影響其穩(wěn)定性、降低效率，給經(jīng)濟(jì)帶來一定的損失。

1.2 事故造成的原因分析

通過查閱資料發(fā)現(xiàn)破壞風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原因有許多。例如在雷雨交加的天氣情況下，（1）間接破壞。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件之一是葉片，它的質(zhì)量可靠、性能優(yōu)越以及能確保機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中的穩(wěn)定性，具有密度輕、表面光滑性、耐附屬、耐照射的特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片有可能會(huì)被雷電破壞，一旦葉片掉落，那么發(fā)電機(jī)組支撐裝置將會(huì)被損壞，也有可能導(dǎo)致火災(zāi)從而破壞支撐體系。雷電對風(fēng)力發(fā)電設(shè)施具有如此大的毀壞作用。（2）直接破壞。雷電直接擊中電力裝置將會(huì)產(chǎn)生過電壓，它沿著電線入侵設(shè)備，從而產(chǎn)生幅值過高的過電壓。風(fēng)力發(fā)電機(jī)框架或者機(jī)組有可能會(huì)被直接破壞，難以有效控制葉片旋轉(zhuǎn)速度，最終導(dǎo)致塔架坍塌。（3）偶然破壞。施工過程中的某些突發(fā)事件極有可能致使機(jī)組損壞。但是相關(guān)研究說明：避雷針可以行之有效地規(guī)避雷擊情況。像葉片脫落、破壞支撐體系這種不僅是小概率事件而且也難以對其預(yù)測。

2? 風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)事故規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 反向平衡法蘭

專利號(hào)為200720002665.1的反向平衡法蘭是一種新式法蘭，主要包括反向法蘭板、長螺桿摩擦型高強(qiáng)螺栓以及平衡加筋板。反向法蘭板和加勁板能夠讓中心位置維持平衡是這種新型法蘭的主要特點(diǎn)，主要用于連接疲勞荷載作用較大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各段塔筒。與傳統(tǒng)法蘭相比較，新式反向平衡法蘭對螺栓預(yù)拉力的施加非常有利。另外，由于新式法蘭采用的是液壓張拉器，所以它也具有不易松動(dòng)的特點(diǎn)。較傳統(tǒng)鍛造法蘭而言，采用反向平衡法蘭可以使投入的機(jī)械設(shè)備減少，提高工作效率，制造成本低，以及對吊裝機(jī)械要求低等特點(diǎn)。

2.2 基礎(chǔ)性改進(jìn)設(shè)計(jì)

由于風(fēng)力發(fā)電站的底端基礎(chǔ)物質(zhì)直徑稍微偏小且放置深度不夠深，致使維持挺拔高度不夠，從而風(fēng)力發(fā)電裝置高塔會(huì)傾倒。另外，安裝風(fēng)力發(fā)電裝置所處地基的土質(zhì)也可以直接決定傾倒能力與程度。當(dāng)然因臺(tái)風(fēng)原因?qū)е碌娘L(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)處破壞也時(shí)有發(fā)生。根據(jù)計(jì)劃規(guī)定的維護(hù)周期對風(fēng)電機(jī)進(jìn)行維護(hù)，完成維護(hù)項(xiàng)目，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可能故障與損壞程度降到最小。維護(hù)方法主要是涉及定期定點(diǎn)檢修維修、及時(shí)更換出現(xiàn)故障的零件或者部件、調(diào)整各部件至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的工作模式、或者遠(yuǎn)程在線監(jiān)測機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 預(yù)應(yīng)力錨栓

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)是預(yù)應(yīng)力錨栓，它可以替換基礎(chǔ)環(huán)，有以下四種形式，分別是盈利墩基礎(chǔ)、用于大部分地質(zhì)條件的預(yù)應(yīng)力重力基礎(chǔ)、用于西北硬質(zhì)土的預(yù)應(yīng)力肋板基礎(chǔ)以及預(yù)應(yīng)力巖石微樁基礎(chǔ)。若錨栓受拉力，則下錨板以上部分將會(huì)受到均勻的力，促使整個(gè)錨栓是一個(gè)彈性體，有效地避免了基礎(chǔ)應(yīng)力集中。基于基礎(chǔ)環(huán)的問題，設(shè)計(jì)了預(yù)應(yīng)力錨栓。它能夠貫穿連接整個(gè)基礎(chǔ)底板，具有整體性能好這個(gè)特點(diǎn)。應(yīng)用高強(qiáng)螺栓解決混凝土出現(xiàn)裂縫的問題，改善了耐久性。所以采用預(yù)應(yīng)力錨栓將不會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)環(huán)的兩側(cè)混凝土由于密度大而出現(xiàn)被破壞的情況。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心部件之一是軸承，運(yùn)行過程中常會(huì)出現(xiàn)軸承振動(dòng)現(xiàn)象，從而致使機(jī)殼、軸承、葉片的破壞，引發(fā)螺栓松動(dòng)問題。

3? 結(jié)語

綜上所述，不斷發(fā)展的社會(huì)大環(huán)境致使逐漸提升對風(fēng)力發(fā)電的重視程度。盡管我國過往這些年在風(fēng)力發(fā)電方面也取得了一系列成就，但隨著時(shí)間的發(fā)展也出現(xiàn)了些許問題。為了提升風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，改善并為我國人民可提供穩(wěn)定的服務(wù)，需要發(fā)電技術(shù)以及發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行行之有效的調(diào)整。相信在企業(yè)與有關(guān)部門的共同努力下，我國風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)將在電網(wǎng)建設(shè)中起著重要的作用。

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