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风力发电防雷安全应警钟长鸣
来源:www.qrxl0826.com 发布时间:2024年01月10日 点击次数:33次

—— 从内蒙古开鲁县一起雷击引发风电机组倒塔事故说起


2023年12月18、22日,龙船风电网、防雷情报站等网站先后报道了国家能源局东北监管局发文通报今年6月内蒙古开鲁县发生一起因雷击引发风电机组倒塔事故、同时要求汲取事故教训开展风电机组防雷系统隐患排查整治工作、确保风电生产建设安全事宜。此事告诉我们:我国风电生产建设防雷安全应切实做到警钟长鸣。


2023年6月27日23时,内蒙古自治区开鲁县某风电场遭遇雷击,造成一风电机组“2号叶片接闪器放电损坏,雷电波能量在叶片内叠加释放,将此前修复处的叶片爆开,导致叶轮失控,机组振动失稳,最终发生倒塔的一般性事故”。为此,国家能源局东北监管局域于2023年12月6日针对辖区内各安委会成员单位、有关电力企业下发《通知》,要求汲取事故教训开展风电机组防雷系统隐患排查整治工作。


众所周知, 风能为地球上六大可再生能源(其余为水能、太阳能、生物质能、潮汐能、地热能)之一, 可开发利用的风能约为2*107 MW(兆瓦、是水能的10倍, 仅需1%的风能得到利用即可满足全球能源需求),我国10米高度可开发的风能储量多达10亿千瓦以上,其中陆地2.5亿千瓦、海上7.5亿千瓦,主要分布在东南沿海、“三北”(东北三省、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省、自治区)和内陆局部地区。


风力发电是当今世界清洁可再生能源开发利用中技术最成熟、发展最迅速、商业化前景最广阔的发电方式之一,发展势头强劲,我国也不例外。据统计,仅至2009 年,我国新增风电装机容量就达1380.3万kW(超越美国成为全球新增风电装机容量最多的国家)。其中2009年累计风电装机2580.5万kW,仅次于美国的国家;2010年全球每新安装3 台机组就有1 台在中国,当年新增风电装机容量1892.8万kW,累计风电装机容量为4473.3万kW,超越美国成为全球新增和累计风电装机容量最多的国家。截止2017年底,我国风电装机并网容量已经达1.64亿千瓦,占各类电源总装机量的9.2%,风电的地位日趋突出。另据人民网海外版报道,我国2023年前11个月,风电新增装机4139万千瓦;截至2023年11月底全国风电装机容量累计约为4.1亿千瓦,同比增长17.6%。从发电量看,2023年11月份风电发电增速由降转增,达26.6%(10月份为下降13.1%)。据相关机构预测,未来十年中我国陆上风电市场新增容量占比将超过 77%、年平均新增装机容量将超过 59GW。


由于风电生产是露天作业,加之风电场所要求的特殊地形地势及天气气候等因素影响和风电机组自身的材料、结构、构造等特殊要求,有人说风电机组“天生就是挨雷劈的‘命’”,而且近年来雷击风电机组造成事故的现象也累见不鲜。例如,2017年10月辽宁某风电场因雷击事故引起叶片内部空气膨胀、冲击效应,造成以雷击点为中心的腹板、后缘粘接区域开裂;2020年6月山东某风电场遭受雷击,造成风机叶片损伤。另据外媒报道,2023年6月3日加拿大安大略省Goderich北部一风电场发生一起风机着火事故(起火的风机高度超过100米,其火势主要集中在风机顶部的机舱,并逐渐蔓延至叶片。由于风机太高,消防员无法及时灭火,只能保证事故现场掉落的风机部件不会引发地面火灾),起火原因系雷击导致;2023年6月17日,英国伦敦附近的缪尔柯克县附件的风电场又突发一起风电机组起火事故,事故发生时有雷电击中,很大可能是由于雷击造成的起火事故;美国当地时间2022年7月22日下午,得克萨斯州北部一台风力发电机遭到雷击,致使旋转的叶片起火,消防员表示无法将这类火灾扑灭,只能任其自行熄灭……


据不完全统计,世界每年有1%~2%风力发电机组遭受到雷击损坏。其中,日本风电机组雷击平均损坏率约为12.7次/(百台年),且沿海地区风电机组冬季雷击损坏次数远高于其他地区;德国山区风电机组雷击损坏率为14次/(百台年),高于统计结果显示的雷击损坏率平均水平;美国针对其三个州的风电场共计508台风机进行5年的雷击损坏监测,结果显示风机叶片平均雷击损坏率为11.9次/(百台年),雷击叶片损坏次数随风机运行年限的延长而增长。在我国,由于风电场所处地理位置及其气候环境更为复杂,加之风机及风电场所防雷设计、施工、检测及维护维保等环节存在的问题和不足,雷击损坏风机问题更为突出,损坏率高于欧洲国家的平均值,尤其我国高寒地区地理、气候尤为特殊,导致风电场长期遭受雷击灾害的影响。例如,基于东北某大型风电场雷击损坏的数据统计,2008~2011年该风电场因雷击引起的风机叶片损坏66次,风电机组控制系统损坏多达174次,风电机组雷击损坏率为37.5次/(百台年)。


由此可见,雷电灾害是威胁风电生产建设的一大自然气象灾害。随着经济社会的不断发展、需求,风电生产建设规模将会越来越大,风力发电场站及发电机组将会越来越多,潜在的雷击风险将会更大。为将雷击风险降低到最低限度,笔者认为风电生产建设防雷安全工作必须切实做到警钟长鸣,具体应从以下方面入手:

一是严格执行相关规范标准,确保风电机组设备的设计、生产、安装施工等各个重要环节,以及场站内输变电及供配电系统及其设备设施等防雷技术指标符合要求,而非“将就”。二是风电项目上马之前,切实做好风电场站选址的雷击风险评估评价工作,根据雷击风险程度采取相应的防雷技术措施。三是把住投入使用之前的施工监理、检验检测、竣工验收关口,确保投入使用的风电机组及场站内其他防雷设备设施符合设计、施工及检测验收规范标准,而绝非为了“应付检查”二敷衍了事。四是切实抓好整个风电场站投入使用后的防雷装置安全性能定期检测和日常检查、维护保养工作,发现问题及时解决,确保防雷装置持续正常运行。五是密切关注当地天气气候变化,采取必要措施提前预防,例如雷雨天气来临之前风电机组暂停工作、雷雨季节来临之前加密巡检等。六是完善各项管理制度并落到实处,有序开展工作并认真总结经验教训,进一步加强科学管理。七是建立并完善风电防雷安全管理台帐、档案,切实做到心中有数。八是加强科研开发,不断改进和完善风电场站生产建设中涉及的雷电防护装置的设计、施工手段和措施,提高防护水平。

(曾居仁)