台风对风机的影响

台风对风机的影响

作者：张怀全

一、台风对风机的影响浅析

1. 极端风速下瞬间风向逆转，风机偏航系统无法承受

图1：台风水平切面示意图

台风内部气流结构十分复杂，由于强大的

气压差形成极端风速，又由于地转偏力形成涡

旋状。由于质量守恒，有大气流入就一定有大

气流出，有向下气流就一定伴随向上气流。因

此形成了如图1所示的台风水平切面示意图。

台风的垂直切面示意图如图2所示。台风

气团分很多层，旋转流动，层数与台风大小和

强度有关。每层之间都有一个相对静止层。

台风的路径主要受海洋表面温度影响，而

洋流复杂，海水温度无法有效监测，因此台风

路行难以准确预测。

因此台风来袭时，风向可能瞬间改变，风机偏航系统无法承受，加之此时风速极高，对风机的偏航系统造成致命

损伤。此过程难于琢磨和预

测，即使预测准确也难以应

对，因此并不在IEC 标准范

围内，也有只能与地震等同

视为不可抗力风险对待。

图2：台风垂直切面示意图

2. 风速的瞬时巨变，可对风机造成致命冲击

如图2所示台风的，台风的风眼（中心）几乎是静止的，而风眼内壁的风速是最高的。外围还有很多相对静止层，静止层两侧的风向大致相反。因此台风过境时，可能瞬时纹丝不动，然后马上又狂风乱作，加之风向的改变，可能对风机造成致命的打击。

因此一般台风来袭时，风机都迎风顺桨，进入生存自保状态，降低风速巨变对叶片和传动系统造成的巨大损害。此时抢风发电风险巨大，可能得不偿失。

3. 难以预测的极大湍流

IEC 标准里规定的湍流是在4m/s 到

25m/s 的（或风机实际运行风速范围）风

速下。一般来说，风速越大，湍流越小，

因为风速是计算湍流公式的分母。当风

速大于25m/s 时，风机顺桨切出，停止

运行，因此湍流此时不在考虑范围内。

IEC 标准规定的极大风速也是根据这一

原则，风速虽大，却是平稳的。此时对

风机最大的考验是塔筒和基础承受的剪

切力。

然而，当台风来袭时，由于上下对

流强烈，极大风速伴随着难以预测的极

大湍流，对风机的叶面和传动系统造成致命打击。即使当风速小于25m/s 时，即在风机运行风速时，极大湍流也可能对风机造成巨大破坏。因此我们会发现当台风来袭时，即使瞬时风速不是很大，比如35m/s ，也可能会有风机叶片严重破损，难以修复。这再次证明抢风发电的风险之大。

这些都是难以预测和控制的风险，也是台风被视为不可抗力的重要原因之一。

图3：台风3维流线示意图

4. 其他难以预测风险

台风往往伴随很多极端的气候现象，如强雷暴、洪水等都应被视为不可抗力，如图4所示。另外，台风造成的电网不稳定，使风机断电而失去基本的生存能力，也是风险之一。

图4：台风结构示意图

小结：

台风的结构复杂，行为诡异，破坏力极强。以上任意一点都可能对风机造成致命破坏，几点合力对风机的破坏力可想而知。目前对台风的研究还不深入，尤其对风机影响几乎是空白，台风与IEC标准里的极大风速是截然不同的两个概念。

因此台风只能和地震等同为不可抗力。

二、降低台风风险的方法

台风风险的降低主要有两个思路，一个是通过商业保险，另一个是通过维持风机基本的生存电源来降低风险。如前所述，如果台风来袭时风机能够主动偏航，正面迎风顺桨，则能够大大降低台风的破坏风险。

因此，在台风区域修建风场，建议使用地埋电缆，并安装备用柴油发电机，以便在台风来袭、电网掉电情况下，维持风机的偏航能力。

最后，风险只能尽量降低，不能完全避免。而明知风险巨大而不尽量规避，则可能造成难以估量的巨大损失。