- 頭條颶風對離岸風場影響巨大，需進一步優化風機極限設計2019-09-06 作者：劉星 | 來源：《電氣技術》雜志社 | 點擊率：導語近年來，國內外學者就近海臺風登陸情況、臺風影響下的極端風速分布以及臺風的破壞機理等做了系統性的分析和研究。
一直以來，風電都被視為重要的綠色電力來源之一。而不占用土地資源、海上風力資源豐沛、沒有遮擋物、發電利用小時數高、更適宜大規模開發的離岸風電已成為全球風電領域的“潛力股”。但是，頻頻上岸的颶風對離岸風電廠來說實是一把“雙刃劍”：強度較弱的颶風一方面可以給風場帶來較多的“滿發”小時數，增加發電量，提高風場經濟效益；另一方面，強度較強的颶風會給風場設備帶來極大的破壞。
2014年，中心風力高達17級的超強臺風“威馬遜”登陸海南文昌，文昌風電廠3臺機組損毀，1臺被整體吹倒，2臺風機葉片被吹跑；廣東湛江徐聞勇士風電場15臺風機被整體吹倒，3臺風機葉片破裂、機艙破開，發動機掉落。從這些數字可以看出，颶風對離岸風電場的破壞性不容忽視。
為了提高風機的抗颶風能力，更好地提高風場經濟效益，需要深入研究颶風對離岸風場的影響，了解離岸風機的最大承受極限，進而修改風機設計，使制造商打造出更耐用與安全的離岸風機。還要利用颶風風險評估，幫助開發商設計出更安全可靠的離岸風場建設計劃等。
據了解，美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校（UMass）為了評估颶風對離岸風機的影響，已經進行了計算機模型仿真實驗與離岸風電結構研究，希望全新評估報告可幫助廠商改良風機設計。
對于紐約州、新紐澤西州、麻州等人口密集的大州來說，開發離岸風電對地域有限的美國東海岸地區相當重要。美國首座離岸風電 Block Island 在 2018 年初正式運轉，預估總容量在 2022-2023 年才會達到 1GW，發展較為緩慢。
近年來，美國正在加速開發離岸風電的步伐，如東海岸一個超過 10000MW 的離岸風電項目正在開發中。若計劃進行順利將為美國東岸帶來龐大的電力。有發展就有挑戰，颶風經過或直撲美國的機率比較大，東岸更是首當其沖。
颶風中的風機為何那么不堪一擊呢？研究指出，颶風登陸過程的突變風向、瞬時風速和極大湍流是推毀風機的罪魁禍首。同時，風機的抗颶風能力還與風場的地形環境和風機的結構設計與控制方法等有關。此外，颶風往往伴隨很多極端的天氣（如強雷暴、強雨水等），這也會對風機造成一定的破壞。
隨著2018 年沃旭能源啟動雙都卜勒雷達計劃，來研究臺風、氣象動態對風機的影響，UMass也開始著手研究颶風與東海岸離岸風電之間的相互影響，致力將風機傷害降至最低。UMass土木與環境工程教授 Sanjay R. Arwade表示，人們知道如何分析鉆井平臺、風電等離岸結構，了解怎么預測颶風動向，但是過去很少有人整合這兩類數據。因此團隊正投入這項研究，比如評估狂風對渦輪機的影響，固定式與浮動式風機能承受多大的破碎波（breaking wave）等。
其中，臺風引起的巨大波浪傳播速度較快，未登陸就會出現滔天巨浪。而海浪朝海岸前進時，由于海底逐漸變淺，波浪會變陡而破碎、形成不同方向的沿岸流。UMass 團隊為了研究破碎波對風機的影響，繪制出了破碎波海圖，以及運用計算機模型來仿真未來颶風和氣候變化的可能性。他們認為，了解風機與環境的相互影響相當重要。新型颶風風險模型將對風機安全設計提供參考，幫助廠商們提升離岸風機在長達20年的生命周期中度過各種環境天災的能力。
近年來，國內外學者就近海臺風登陸情況、臺風影響下的極端風速分布以及臺風的破壞機理等做了系統性的分析和研究。行業專家指出，風機的抗臺風設計首先應在結構上做文章，如持續提高提高支撐結構（塔筒與基礎）的安全系數，避免整體傾斜的顛覆性破壞；其次，結合風機的運行狀態，考慮風向、湍流和變槳、偏航等控制參數，進行綜合分析以應對瞬時風速；再次，根據風場葉片的損壞程度，優化葉片設計，增強其抗臺風的能力；最后，開發智能偏航裝置，降低強風所增加的機組載荷，如降低葉片、塔架負載等，提高風機可靠性。
