風力發電結構的事故分析及其規避

劉越

摘? ?要：近年來，風力發電是新能源發電技術中成熟且具有發展前景的發電方式之一。而風力發電行業中存在的安全隱患及引發的事故亦吸引著業內人員的廣泛關注。例如機組在極其惡劣的環境中工作、安裝質量與穩定性會存在些許問題、作為風力發電機的重要組成部分的塔架和基礎不能保持整體結構的穩定作用等。通過對當今風力發電存在問題分析，為了避免風力發電事故的產生而影響風力發電產業的健康發展，本文進行了詳細且具體的闡述與總結。

關鍵詞：風力發電? 結構? 事故分析? 避免策略

能源是當今社會與經濟發展的基石。在全球范圍內，隨著能源危機與污染問題的加劇，研發新能源實現可持續發展占據重要地位。風能作為無污染、方便利用和儲量豐富的重要可再生能源之一，當之無愧地成為不可再生能源的補給之一。目前我國風能發電產業已經成為發展速度迅猛的產業之一。其中風力發電的特點就是可靠、維護簡單、建設周期相對而言短暫。當然，目前風力發電也存在一些問題，例如由于單機容量小而導致的土地資源花費較高;風力發電站的建設集中;發電技術缺乏經濟性等。但是，隨著國家繼續推動風能發電產業的發展，大容量、高效率、低風速設備的研發，保證市場全面發展且公平，風力發電將會有較大的突破。

1? 風力發電結構事故分析

近年來，頻繁發生因臺風導致的安全事故，例如2015年4月14日在浙江鶴頂山杜鵑花節，現場大量游客爬上網架觀看表演，由于受力不均勻導致網架倒塌造成2人死亡、15人受傷的事故。該事件進一步增強了研究者們解決風力發電結構安全性的決心。通過分析風力發電結構事故及其發生破壞性事件的原因，從而創造應對對策目的是盡量減少影響安全的事故發生。另外，安裝風力發電機機組的位置及周圍的交通情況一般較差，如果出現設備毀壞或者停機，那么維修機組、爭端故障和更換某些部件均需要耗費大量時間，給經濟帶來巨大的損失。

1.1 典型的事故分析

在日常生活中造成風力發電安全事故大致分為以下五類：（1）風力發電裝置法蘭破壞。連接風力發電機機塔和塔筒以及塔筒間的構件是法蘭這個原件。它承受著拉應力和壓應力這一對反作用力，在一定負載作用壓力下，法蘭會因變形而導致松弛，進而產生拉力衰減現象，從而可能引發極其嚴重的安全事故。（2）風力發電裝置基礎整體或者環處破壞。臺風原因或者土質松軟可能直接導致風力發電裝置整體傾倒或者某處接觸地方受到損壞。（3）風力發電基地拖網事故。大規模接入電網，電力系統的穩定性將隨著裝機的容量不斷擴大，從而進一步影響接入地區的調頻調壓和安全可靠性。電纜安裝的質量問題造成跳閘、造成風力發電基地電壓不穩定，因此出現風力發電基地拖網現象的出現。（4）風力發電裝置破壞的其他原因。例如間接的天氣或者環境原因：酸雨導致的金屬元件的腐蝕，意外原因導致的破壞。（5）隨著不斷增加的風力發電電機的數量，機組規模不斷擴增，相應的成本費、日常保養費用以及維護費用也在不斷增加。如若機組出現問題，則電力系統的問題隨之而來，嚴重的影響其穩定性、降低效率，給經濟帶來一定的損失。

1.2 事故造成的原因分析

通過查閱資料發現破壞風力發電機組的原因有許多。例如在雷雨交加的天氣情況下，（1）間接破壞。風力發電機的關鍵部件之一是葉片，它的質量可靠、性能優越以及能確保機組在實際運行中的穩定性，具有密度輕、表面光滑性、耐附屬、耐照射的特點。風力發電機葉片有可能會被雷電破壞，一旦葉片掉落，那么發電機組支撐裝置將會被損壞，也有可能導致火災從而破壞支撐體系。雷電對風力發電設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產生過電壓，它沿著電線入侵設備，從而產生幅值過高的過電壓。風力發電機框架或者機組有可能會被直接破壞，難以有效控制葉片旋轉速度，最終導致塔架坍塌。（3）偶然破壞。施工過程中的某些突發事件極有可能致使機組損壞。但是相關研究說明：避雷針可以行之有效地規避雷擊情況。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測。

2? 風力發電結構事故規避風險分析

2.1 反向平衡法蘭

專利號為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，主要用于連接疲勞荷載作用較大的風力發電機的各段塔筒。與傳統法蘭相比較，新式反向平衡法蘭對螺栓預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的特點。較傳統鍛造法蘭而言，采用反向平衡法蘭可以使投入的機械設備減少，提高工作效率，制造成本低，以及對吊裝機械要求低等特點。

2.2 基礎性改進設計

由于風力發電站的底端基礎物質直徑稍微偏小且放置深度不夠深，致使維持挺拔高度不夠，從而風力發電裝置高塔會傾倒。另外，安裝風力發電裝置所處地基的土質也可以直接決定傾倒能力與程度。當然因臺風原因導致的風力發電機的基礎處破壞也時有發生。根據計劃規定的維護周期對風電機進行維護，完成維護項目，將風力發電機的可能故障與損壞程度降到最小。維護方法主要是涉及定期定點檢修維修、及時更換出現故障的零件或者部件、調整各部件至標準狀態的工作模式、或者遠程在線監測機組的運行狀態。

2.3 預應力錨栓

風力發電機的基礎是預應力錨栓，它可以替換基礎環，有以下四種形式，分別是盈利墩基礎、用于大部分地質條件的預應力重力基礎、用于西北硬質土的預應力肋板基礎以及預應力巖石微樁基礎。若錨栓受拉力，則下錨板以上部分將會受到均勻的力，促使整個錨栓是一個彈性體，有效地避免了基礎應力集中。基于基礎環的問題，設計了預應力錨栓。它能夠貫穿連接整個基礎底板，具有整體性能好這個特點。應用高強螺栓解決混凝土出現裂縫的問題，改善了耐久性。所以采用預應力錨栓將不會出現基礎環的兩側混凝土由于密度大而出現被破壞的情況。風力發電機的核心部件之一是軸承，運行過程中常會出現軸承振動現象，從而致使機殼、軸承、葉片的破壞，引發螺栓松動問題。

3? 結語

綜上所述，不斷發展的社會大環境致使逐漸提升對風力發電的重視程度。盡管我國過往這些年在風力發電方面也取得了一系列成就，但隨著時間的發展也出現了些許問題。為了提升風力發電結構的穩定性，改善并為我國人民可提供穩定的服務，需要發電技術以及發展戰略進行行之有效的調整。相信在企業與有關部門的共同努力下，我國風力發電產業將在電網建設中起著重要的作用。

參考文獻

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