风力发电结构的事故分析及其规避
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作者:刘越
摘 要：近年来，风力发电是新能源发电技术中成熟且具有发展前景的发电方式之一。而风力发电行业中存在的安全隐患及引发的事故亦吸引着业内人员的广泛关注。例如机组在极其恶劣的环境中工作、安装质量与稳定性会存在些许问题、作为风力发电机的重要组成部分的塔架和基础不能保持整体结构的稳定作用等。通过对当今风力发电存在问题分析，为了避免风力发电事故的产生而影响风力发电产业的健康发展，本文进行了详细且具体的阐述与总结。
关键词：风力发电 结构 事故分析 避免策略
能源是当今社会与经济发展的基石。在全球范围内，随着能源危机与污染问题的加剧，研发新能源实现可持续发展占据重要地位。风能作为无污染、方便利用和储量丰富的重要可再生能源之一，当之无愧地成为不可再生能源的补给之一。目前我国风能发电产业已经成为发展速度迅猛的产业之一。其中风力发电的特点就是可靠、维护简单、建设周期相对而言短暂。当然，目前风力发电也存在一些问题，例如由于单机容量小而导致的土地资源花费较高;风力发电站的建设集中;发电技术缺乏经济性等。但是，随着国家继续推动风能发电产业的发展，大容量、高效率、低风速设备的研发，保证市场全面发展且公平，风力发电将会有较大的突破。
1 风力发电结构事故分析
近年来，频繁发生因台风导致的安全事故，例如2015年4月14日在浙江鹤顶山杜鹃花节，现场大量游客爬上网架观看表演，由于受力不均匀导致网架倒塌造成2人死亡、15人受伤的事故。该事件进一步增强了研究者们解决风力发电结构安全性的决心。通过分析风力发电结构事故及其发生破坏性事件的原因，从而创造应对对策目的是尽量减少影响安全的事故发生。另外，安装风力发电机机组的位置及周围的交通情况一般较差，如果出现设备毁坏或者停机，那么维修机组、争端故障和更换某些部件均需要耗费大量时间，给经济带来巨大的损失。
1.1 典型的事故分析
在日常生活中造成风力发电安全事故大致分为以下五类：（1）风力发电装置法兰破坏。连接风力发电机机塔和塔筒以及塔筒间的构件是法兰这个原件。它承受着拉应力和压应力这一对反作用力，在一定负载作用压力下，法兰会因变形而导致松弛，进而产生拉力衰减现象，从而可能引发极其严重的安全事故。（2）风力发电装置基础整体或者环处破坏。台风原因或者土质松软可能直接导致风力发电装置整体倾倒或者某处接触地方受到损坏。（3）风力发电基地拖网事故。大规模接入电网，电力系统的稳定性将随着装机的容量不断扩大，从而进一步影响接入地区的调频调压和安全可靠性。电缆安装的质量问题造成跳闸、造成风力发电基地电压不稳定，因此出现风力发电基地拖网现象的出现。（4）风力发电装置破坏的其他原因。例如间接的天气或者环境原因：酸雨导致的金属元件的腐蚀，意外原因导致的破坏。（5）随着不断增加的风力发电电机的数量，机组规模不断扩增，相应的成本费、日常保养费用以及维护费用也在不断增加。如若机组出现问题，则电力系统的问题随之而来，严重的影响其稳定性、降低效率，给经济带来一定的损失。
1.2 事故造成的原因分析
通过查阅资料发现破坏风力发电机组的原因有许多。例如在雷雨交加的天气情况下，（1）间接破坏。风力发电机的关键部件之一是叶片，它的质量可靠、性能优越以及能确保机组在实际运行中的稳定性，具有密度轻、表面光滑性、耐附属、耐照射的特点。风力发电机叶片有可能会被雷电破坏，一旦叶片掉落，那么发电机组支撑装置将会被损坏，也有可能导致火灾从而破坏支撑体系。雷电对风力发电设施具有如此大的毁坏作用。（2）直接破坏。雷电直接击中电力装置将会产生过电压，它沿着电线入侵设备，从而产生幅值过高的过电压。风力发电机框架或者机组有可能会被直接破坏，难以有效控制叶片旋转速度，最终导致塔架坍塌。（3）偶然破坏。施工过程中的某些突发事件极有可能致使机组损坏。但是相关研究说明：避雷针可以行之有效地规避雷击情况。像叶片脱落、破坏支撑体系这种不仅是小概率事件而且也难以对其预测。
2 风力发电结构事故规避风险分析
2.1 反向平衡法兰
专利号为200720002665.1的反向平衡法蘭是一种新式法兰，主要包括反向法兰板、长螺杆摩擦型高强螺栓以及平衡加筋板。反向法兰板和加劲板能够让中心位置维持平衡是这种新型法兰的主要特点，主要用于连接疲劳荷载作用较大的风力发电机的各段塔筒。与传统法兰相比较，新式反向平衡法兰对螺栓预拉力的施加非常有利。另外，由于新式法兰采用的是液压张拉器，所以它也具有不易松动的特点。较传统锻造法兰而言，采用反向平衡法兰可以使投入的机械设备减少，提高工作效率，制造成本低，以及对吊装机械要求低等特点。
2.2 基础性改进设计
由于风力发电站的底端基础物质直径稍微偏小且放置深度不够深，致使维持挺拔高度不够，从而风力发电装置高塔会倾倒。另外，安装风力发电装置所处地基的土质也可以直接决定倾倒能力与程度。当然因台风原因导致的风力发电机的基础处破坏也时有发生。根据计划规定的维护周期对风电机进行维护，完成维护项目，将风力发电机的可能故障与损坏程度降到最小。维护方法主要是涉及定期定点检修维修、及时更换出现故障的零件或者部件、调整各部件至标准状态的工作模式、或者远程在线监测机组的运行状态。
2.3 预应力锚栓
风力发电机的基础是预应力锚栓，它可以替换基础环，有以下四种形式，分别是盈利墩基础、用于大部分地质条件的预应力重力基础、用于西北硬质土的预应力肋板基础以及预应力岩石微桩基础。若锚栓受拉力，则下锚板以上部分将会受到均匀的力，促使整个锚栓是一个弹性体，有效地避免了基础应力集中。基于基础环的问题，设计了预应力锚栓。它能够贯穿连接整个基础底板，具有整体性能好这个特点。应用高强螺栓解决混凝土出现裂缝的问题，改善了耐久性。所以采用预应力锚栓将不会出现基础环的两侧混凝土由于密度大而出现被破坏的情况。风力发电机的核心部件之一是轴承，运行过程中常会出现轴承振动现象，从而致使机壳、轴承、叶片的破坏，引发螺栓松动问题。
3 结语
综上所述，不断发展的社会大环境致使逐渐提升对风力发电的重视程度。尽管我国过往这些年在风力发电方面也取得了一系列成就，但随着时间的发展也出现了些许问题。为了提升风力发电结构的稳定性，改善并为我国人民可提供稳定的服务，需要发电技术以及发展战略进行行之有效的调整。相信在企业与有关部门的共同努力下，我国风力发电产业将在电网建设中起着重要的作用。
参考文献
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