我國(guó)有很長(zhǎng)的海岸線，雖然臺(tái)風(fēng)對(duì)風(fēng)能的開(kāi)發(fā)造成了很大的威脅，但仍不能阻擋人們開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電的熱情，現(xiàn)在海上風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)悄然興起，海上有豐富的風(fēng)能資源和廣闊平坦的區(qū)域，從而使海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成為最近的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。中國(guó)海上風(fēng)能資源儲(chǔ)量遠(yuǎn)大于陸地風(fēng)能，儲(chǔ)量10m高度可利用的風(fēng)能資源超過(guò)7億kW，而且距離電力負(fù)荷中心很近。如果能夠得到有效開(kāi)發(fā)，將對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力保障，也為節(jié)能減排的目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。但目前海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的最大難點(diǎn)是風(fēng)電機(jī)的穩(wěn)定性和安全性沒(méi)有保障，我們必須明確認(rèn)識(shí)到這個(gè)“技術(shù)門(mén)檻”形成的原因，引發(fā)的后果，加大技術(shù)創(chuàng)新，讓抗臺(tái)風(fēng)新型風(fēng)電機(jī)早日應(yīng)用，避免盲目性，循序漸進(jìn)，穩(wěn)步發(fā)展。

        從理論上講進(jìn)口風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行風(fēng)速達(dá)50~60m/s，12級(jí)颶風(fēng)的平均風(fēng)速是34m/s，也就是說(shuō)風(fēng)電機(jī)組可以在任何狂風(fēng)暴雨中運(yùn)行，強(qiáng)度還有富余。但事實(shí)卻是殘酷的，2003年13號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”，2006年1號(hào)臺(tái)風(fēng)“珍珠”和8號(hào)臺(tái)風(fēng)“桑美”分別造成了廣東汕尾紅海灣風(fēng)電場(chǎng)，南澳風(fēng)電場(chǎng)和浙江蒼南鶴頂山風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p毀。從風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的原理來(lái)講，當(dāng)風(fēng)電機(jī)處于狂風(fēng)狀態(tài)時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片自動(dòng)卸載，使葉片與風(fēng)向平行，這樣葉片受到風(fēng)的作用力最小，也就抵抗了風(fēng)的破壞作用。但風(fēng)電機(jī)在臺(tái)風(fēng)中損毀，說(shuō)明風(fēng)電機(jī)的控制技術(shù)還不穩(wěn)定和可靠，并存在嚴(yán)重缺陷。

        首先對(duì)現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)的控制裝置主要有偏航裝置和變漿矩裝置。偏航裝置就是控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)沿水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使風(fēng)輪始終向著來(lái)風(fēng)的方向，以獲取最大風(fēng)能。變槳距裝置就是控制槳葉沿縱軸旋轉(zhuǎn)葉片，控制葉片的迎風(fēng)攻角，保證風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，保持功率輸出的穩(wěn)定。我們知道自然界的風(fēng)向和風(fēng)速都是隨時(shí)隨機(jī)變化的，我們的調(diào)節(jié)裝置雖然可以根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)速調(diào)整，但在速度上始終是滯后的，并不能完全滿(mǎn)足風(fēng)電機(jī)平穩(wěn)發(fā)電的需要。

        比如在自然界中風(fēng)向呈90°變化是經(jīng)常發(fā)生的，偏航裝置和變漿矩裝置的響應(yīng)速度是 1°/秒，若是90°就需要90秒的調(diào)整時(shí)間，在這么長(zhǎng)的調(diào)整過(guò)程中，風(fēng)輪葉片所受的風(fēng)力角是完全不同的，也就是葉片所受的風(fēng)載是變化的，必然造成風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定，從而影響到風(fēng)電機(jī)輸出功率的穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)造成風(fēng)電機(jī)解網(wǎng)，造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定。這種控制系統(tǒng)的滯后性在強(qiáng)風(fēng)暴的氣候條件下，往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果，在高風(fēng)速情況下葉片處于順漿位置，若風(fēng)向發(fā)生90°變化，就會(huì)使葉片完全處于大面積受風(fēng)的狀態(tài)，使葉片受力突然增大，葉片受到的強(qiáng)大風(fēng)載就會(huì)通過(guò)傳動(dòng)軸對(duì)變速裝置造成巨大的沖擊，造成變速裝置的損壞。巨大的風(fēng)載也會(huì)對(duì)偏航裝置造成沖擊，造成偏航裝置的損壞。葉片也有可能被折損壞?？刂葡到y(tǒng)的滯后性也造成海上風(fēng)電機(jī)更不穩(wěn)定、更容易損壞。這也是沿海幾個(gè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)遭到臺(tái)風(fēng)損毀的一個(gè)主要原因。

        控制系統(tǒng)的滯后性是造成風(fēng)電機(jī)在臺(tái)風(fēng)中損毀的內(nèi)因，那么存在的外因就是葉片的高風(fēng)載?，F(xiàn)有葉片是參照直升飛機(jī)的葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的，具有很強(qiáng)的高風(fēng)速特性，在高風(fēng)速狀態(tài)下，葉片的空氣動(dòng)力性能不斷增強(qiáng)，并變的難以控制。我們通過(guò)簡(jiǎn)單的量化計(jì)算就可知道它的危害程度，我們以1.5MW風(fēng)電機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明，設(shè)計(jì)風(fēng)速為13m/s，產(chǎn)生的能量為1.5MW，可轉(zhuǎn)換為152958kgf•m/s，其能量核算在葉片上的風(fēng)載可達(dá)百?lài)?。?2級(jí)臺(tái)風(fēng)的平均風(fēng)速為34m/s，而風(fēng)的能量與風(fēng)速的關(guān)系是三次方的關(guān)系，那么在臺(tái)風(fēng)狀態(tài)下葉片產(chǎn)生的風(fēng)載將達(dá)千噸以上，這個(gè)數(shù)值是相當(dāng)驚人的。

        我們知道風(fēng)電機(jī)的控制系統(tǒng)有卸載功能，但任何控制系統(tǒng)都存在滯后性，不可能對(duì)葉片及時(shí)完全卸載，這樣大的風(fēng)載形成的沖擊力是任何機(jī)械裝置都無(wú)法承受的，我們?cè)O(shè)計(jì)制造的變速裝置很大，強(qiáng)度也非常高，但仍不能避免這種沖擊力對(duì)變速裝置的損壞。世界最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造商N(yùn)EG Micon就是因?yàn)辇X輪箱問(wèn)題，他為所生產(chǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都換了一次齒輪箱，這家世界最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商破產(chǎn)了，這在其它產(chǎn)業(yè)是不可能發(fā)生的。

        所以，現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)的高風(fēng)載和控制系統(tǒng)的滯后性是造成沿海風(fēng)電機(jī)在臺(tái)風(fēng)中損毀的根本原因。我們要解決抗臺(tái)風(fēng)問(wèn)題，就必須解決高風(fēng)載問(wèn)題和控制的滯后性問(wèn)題。而現(xiàn)有葉片的高風(fēng)載是無(wú)法改變的，葉片的性能決定了高風(fēng)載的特性，僅靠改進(jìn)無(wú)法改變高風(fēng)載特性。我們現(xiàn)在應(yīng)該做的就是徹底改變?nèi)~片結(jié)構(gòu)，徹底改變風(fēng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，只有改變?nèi)~片高風(fēng)載的破壞力，才能保證風(fēng)電機(jī)的穩(wěn)定和安全，才能解決風(fēng)電機(jī)的抗臺(tái)風(fēng)問(wèn)題。還有控制系統(tǒng)的滯后性問(wèn)題，將控制系統(tǒng)改的更靈敏是不是就可以改變滯后的問(wèn)題？答案是否定的。搞風(fēng)電研究的人對(duì)風(fēng)向標(biāo)都非常熟悉，自然界中風(fēng)向的變化是很快的，風(fēng)電機(jī)很龐大，不可能在短時(shí)間完成調(diào)整過(guò)程。

        反而言之，就是我們做到了很靈敏，偏航裝置和變漿矩裝置在臺(tái)風(fēng)中不停進(jìn)行調(diào)整工作，長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)造成控制裝置的發(fā)熱，發(fā)熱就會(huì)導(dǎo)致控制裝置自動(dòng)停機(jī)，變槳距裝置擔(dān)負(fù)著葉片的卸載功能，如果停止工作，葉片就會(huì)受到強(qiáng)大風(fēng)載的作用，并對(duì)風(fēng)電機(jī)造成強(qiáng)烈沖擊，造成風(fēng)電機(jī)的損壞。如果不停機(jī)，控制裝置就會(huì)發(fā)熱燒毀，導(dǎo)致葉片控制失靈，失去卸載功能，最終仍然使風(fēng)電機(jī)遭到?jīng)_擊破壞。所以，現(xiàn)有控制系統(tǒng)是不能滿(mǎn)足在臺(tái)風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行卸載功能的。

        沿海風(fēng)電機(jī)在臺(tái)風(fēng)中損毀已給我們敲響了警鐘，當(dāng)時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模較小，損失也較少，現(xiàn)在規(guī)劃在建的風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模是以往的幾倍甚至幾十倍，如果安全問(wèn)題得不到解決，不但不能發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，還會(huì)對(duì)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)造成毀滅性打擊，損失將是巨大的，所以安全問(wèn)題是首先解決的頭等問(wèn)題。風(fēng)電技術(shù)今天存在“技術(shù)門(mén)檻”，可能明天這個(gè)“技術(shù)門(mén)檻”就被突破，我們要做的就是認(rèn)清存在的問(wèn)題，避免盲動(dòng)性，避免跟風(fēng)，避免損失。