OWA行业报告 | 为啥漂浮式风机扛过了台风“摩羯”？

近日，台风“摩羯”给海南文昌木兰湾海上风电场带来了深刻影响，为了进一步研究海上风电机组抗台风能力面临的挑战，本文结合学术文章《Typhoon Resistance Analysis of OffshoreWind Turbines:A Review》的内容，深入探讨海上风电机组在台风条件下的抗风能力及技术改进的方向。

《Typhoon Resistance Analysis of OffshoreWind Turbines:A Review》于2022年发表于国际学术期刊《Atmosphere》，该论文由大连海事大学李嘉文等学者共同撰写，旨在研究台风对海上风力发电机的破坏机制，并总结当前抗台风设计的研究进展。该论文不仅在学术领域具备权威性，还为海上风电行业应对台风等极端天气提出了重要参考意见。

论文标题

在“摩羯”台风期间，海南文昌木兰湾的海上风电场发生了风机折断事故，有媒体指出主要原因有两个：部分风机处于安装但未通电状态，无法进行偏航操作来应对台风；“摩羯”风速高达62米/秒，远超IEC I类风机可承受的最大风速标准（50米/秒的10分钟平均风速）。尽管如此，同一台风所经地区的漂浮式风电机组，如“明阳天成号”和“三峡引领号”，成功抵御了台风的影响。

这次事故揭示了海上风电机组在面对极端天气时存在的设计与技术短板，而漂浮式风电机组的成功也引发了对其抗台风能力的关注。

1. 台风对风电机组的影响机制

论文指出，台风是导致海上风电机组失效的主要自然因素之一。台风带来的极端风速、急剧的风向变化和强烈的湍流，都会对风电机组的叶片、塔架和基础系统产生巨大压力。这些因素共同作用，极大增加了风电场的结构脆弱性。尤其是在台风眼附近，风速变化最为剧烈，导致风电机组无法快速调整姿态以应对急速变化的风向。

文章中的图表显示了近年来多个风电场在台风中的损坏情况，通过这些案例可以看出，塔架屈曲和叶片断裂是台风造成的主要损坏模式：

我国海上风电场在历年台风中的损坏情况 图自论文原文 下同

2. 叶片的抗台风设计

海上风电机组的叶片通常是最脆弱的部分。尽管叶片可以通过变桨系统在强风时调整角度以减少风荷，但在极端台风下，这种措施往往不足以完全避免损坏。例如，文中提到，台风“天兔”导致多台风机的叶片发生断裂，其中一个关键因素就是风速超过了叶片设计的承载能力。

论文建议，叶片的设计需要通过更加精确的气动分析工具进行优化，特别是需要考虑台风特有的气流特征和负载情况。此外，随着风机规模的扩大，叶片长度也随之增加，这使得在极端风荷下叶片的挠曲程度大幅提升，因此需要加强其抗弯能力。

在台风“天兔”中某受灾的海上风电场风机

3. 塔架和基础系统的抗台风设计

论文指出，塔架倒塌往往是台风中风电机组失效的主要原因之一。在强风作用下，塔架根部会承受巨大的弯矩和剪力，导致屈曲甚至整体倒塌。例如，台风“威马逊”期间，多个风机塔架发生局部屈曲和连接件失效。

为了增强塔架的抗风能力，报告建议采用高强度材料和厚壁结构来增加塔架的刚度。此外，必须考虑风向的剧烈变化以及在台风眼附近出现的涡流效应，这些都会对塔架结构产生额外负载。

受台风影响风机塔筒倒塌

与固定式风电机组相比，漂浮式风电机组在应对台风时具有明显优势。漂浮式风机通过浮动平台和系泊系统保持稳定，能够更好地适应深海环境的强风和大浪。例如，“明阳天成号”和“三峡引领号”在此次台风中成功抵御了62米/秒的极端风速，其漂浮平台能够动态调整，以吸收风浪带来的冲击。

论文中指出，漂浮式风电是未来抗台风设计的重点发展方向。其柔性基础和智能化控制系统能够有效降低极端天气对机组的破坏风险。

固定式风机基础特征

漂浮式风机基础特征

通过此次“摩羯”台风的事故以及《Typhoon Resistance Analysis of OffshoreWind Turbines:A Review》中的研究成果，我们可以得出以下几点结论：

设计优化的必要性：当前海上风电机组，特别是固定式风电机组在面对超强台风时的抗风能力亟待提升。风电机组的叶片和塔架需要更高强度的设计，以承受台风带来的极端风荷。

漂浮式风电的未来：漂浮式风电机组在极端天气条件下表现出更强的适应性，未来应加大对漂浮式风电技术的研发与推广，以提高风电场在台风多发地区的安全性。

加强智能控制系统：在极端台风条件下，风电机组的偏航和变桨控制系统必须具备足够的冗余和可靠性，以保证机组能够实时响应风向和风速的变化，避免因失控导致的灾难性后果。

通过结合论文中的研究成果和最新事件，我们可以更好地理解海上风电项目的抗台风设计要点，并为未来的风电场建设提供有效的指导。

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