Các trang trại gió ngoài khơi phải đối mặt với những thách thức gì?

Việc lắp đặt không phải là khó khăn duy nhất ở các trang trại gió ngoài khơi Tuổi thọ thiết kế của các trang trại gió ngoài khơi có thể kéo dài từ 20 đến 30 năm và môi trường làm việc của chúng khắc nghiệt hơn nhiều so với trên đất liền Nếu xảy ra sự cố trong thời gian này và cần phải sửa chữa, kinh phí cần thiết sẽ lớn hơn nhiều so với kinh phí phát điện gió trên đất liền Làm thế nào để đảm bảo tua-bin gió vận hành an toàn trong môi trường biển phức tạp và các điều kiện vận hành khác nhau cũng như chịu được các thử nghiệm về bão, thời tiết lạnh khắc nghiệt, ăn mòn và giông bão? Đây là vấn đề mà các nhà sản xuất tuabin gió ngoài khơi và các đơn vị thiết kế, thi công nền móng phải quan tâm

Bão đang đến, trang trại gió vẫn hoạt động được chứ?

Bão là một thảm họa thời tiết phổ biến ở bờ biển phía đông nam nước tôi Nó có phạm vi ảnh hưởng rộng, tốc độ gió trung bình cao, cường độ nhiễu loạn cao, hướng gió thay đổi nhanh và thời gian dài Nó có sức tàn phá đáng kinh ngạc đối với các trang trại gió Nó có thể dẫn đến gãy cánh, gãy tháp, lật vỏ bọc, vv

Hiện nay, nước tôi đã xây dựng một số trang trại gió ngoài khơi ở các vùng biển phía Nam nơi có bão lớn Đánh giá tình hình các trang trại gió trên bờ Hãy cùng nhìn xem: Bão số 13 "Dujuan" năm 2003 đổ bộ vào Shanwei, Quảng Đông vào ngày 2 tháng 9 Sức gió tối đa gần tâm điểm đạt cấp 12 khi đổ bộ Trang trại gió gần bãi đáp đo được tốc độ gió tối đa là 57 mét/giây 13 trong số 25 tuabin gió bị hư hỏng ở các mức độ khác nhau; Bão số 8 "Sangmei" năm 2006 đổ bộ vào Thương Nam, Chiết Giang vào ngày 10 tháng 8 Sức gió tối đa gần tâm điểm là cấp 17, khiến toàn bộ 28 tuabin gió tại Trang trại gió Hedingshan ở Thương Nam bị hư hỏng, 5 trong số đó bị sập Năm 2014, bão số 9 Rammason đổ bộ vào Trạm Giang, Quảng Đông vào ngày 18/7 Sức gió tối đa gần tâm điểm là cấp 17 khi đổ bộ khiến 13 trong số 33 tuabin gió tại Warrior Wind Farm ở Xuwen bị sập và 5 tuabin gió bị hư hỏng hoàn toàn Các tuabin gió ngoài khơi nằm ở vùng thường xuyên có bão cần thiết kế chống bão: bổ sung các bộ giảm chấn khối để giảm độ rung của tuabin gió do bão gây ra; tăng cường vỏ bọc vỏ xà để đảm bảo vỏ bọc nguyên vẹn khi có bão; tăng cường cố định các thiết bị đo tốc độ và hướng gió để có thể hoạt động bình thường khi có bão Khi dự báo có một cơn bão mạnh sắp đến, tuabin gió cần phải dừng lại, các cánh quạt được đặt theo một góc nhỏ và chế độ đảo hướng tự động được sử dụng để căn chỉnh mặt trước của rôto gió với hướng gió trong thời gian thực nhằm đảm bảo rằng tải trọng của cơn bão lên rôto gió được giảm thiểu Sau cơn bão, cần kiểm tra xem các cánh quạt, vỏ cabin… có bị hư hỏng hay không và cơ chế phát điện có hoạt động bình thường hay không Ngay cả khi không có dự báo bão, hệ thống điều khiển riêng của tuabin gió có thể ngừng hoạt động khi tốc độ gió quá cao (lớn hơn 25 mét/giây), đồng thời dừng và điều chỉnh cánh quạt để chuyển sang trạng thái chống gió

Tuy nhiên, gió mạnh do bão nhiệt đới mang lại, bao gồm cả bão cuồng phong, có thể mang lại công suất tối đa cho trang trại gió trong thời gian dài khi không vượt quá một cường độ nhất định (tuabin gió hoạt động ở mức đầy tải giữa tốc độ gió định mức và tốc độ gió ngưỡng khoảng 10~25 mét/giây), điều này có lợi cho quá trình vận hành trang trại gió Theo thống kê, trung bình mỗi năm có 6,6 cơn bão đổ bộ vào nước tôi là “cơn bão tốt” có thể tạo ra lợi ích sản xuất điện tốt và 3,5 cơn là “cơn bão xấu” đe dọa các trang trại điện gió

Thời tiết cực lạnh có ảnh hưởng đến các trang trại gió không?

Các trang trại gió ngoài khơi ở vĩ độ cao cũng phải đối mặt với mối đe dọa lạnh giá Lạnh giá sẽ tạo ra băng biển, phá hủy nền móng của tua-bin gió; hơi nước (mưa, tuyết, sương giá, sương mù biển, vv) đóng băng trên các cánh tuabin gió và các bộ phận khác, ảnh hưởng đến chuyển động quay của bánh xe gió; nhiệt độ thấp cũng sẽ làm giảm hiệu suất của các vật liệu khác nhau (kim loại, cao su và vật liệu composite) và chất bôi trơn trong tuabin gió

băng biển nước tôi xuất hiện dọc theo bờ biển Bột Hải và Bắc Hoàng Hải vào mùa đông Thời kỳ băng hà ở biển Bột Hải thường kéo dài hơn 3 tháng (tháng 12 đến tháng 3 năm sau) Trong kỷ băng hà, khu vực biển phía bắc vịnh Liaodong được bao phủ bởi băng biển dày 10-40 cm và tốc độ trôi dạt tối đa là 0,5 m/s Những vùng băng biển rộng lớn có thể ép vào nền móng và khiến chúng rung chuyển Khi mực nước thay đổi, băng biển cũng có thể có tác động nâng lên hoặc hạ xuống áp lực lên nền móng Băng biển xâm nhập vào bề mặt nền bê tông sẽ tạo ra áp suất giãn nở khi nó đóng băng, đóng băng và tan băng nhiều lần sẽ làm hỏng bê tông Vì lý do này, nền móng nằm ở vùng biển băng giá phải được thiết kế để chịu được băng biển

Độ ẩm trên biển cao, các cánh quạt có thể bị đóng băng khi thời tiết lạnh khắc nghiệt, khiến công suất phát điện của tuabin gió giảm Sự tích tụ băng nghiêm trọng thậm chí có thể khiến lưỡi dao bị gãy Ở vĩ độ cao, mùa đông lạnh giá thường là đỉnh điểm tiêu thụ điện để sưởi ấm, việc đóng băng các cánh quạt sẽ gây tổn thất từ ​​1% đến 10% sản lượng điện hàng năm, thậm chí ở những vùng khắc nghiệt có thể lên tới 20% đến 50% Để đạt được mục đích này, các kỹ sư đã phát triển nhiều phương pháp làm tan băng khác nhau Làm tan băng thụ động liên quan đến việc phủ lên bề mặt lưỡi dao bằng lớp phủ đặc biệt Loại được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là lớp phủ siêu kỵ nước, có thể làm giảm độ bám dính giữa các cánh quạt với nước và băng Sơn đen có thể được sử dụng để loại bỏ băng vào ban ngày nhờ sức nóng của mặt trời Ngoài ra, vẫn còn những công nghệ ở giai đoạn phòng thí nghiệm như lớp phủ ý tưởng có thể làm chảy chất ức chế làm giảm điểm đóng băng Khử băng tích cực là lắp đặt các bộ phận chịu nhiệt trên bề mặt lưỡi dao hoặc làm nóng không khí bên trong lưỡi dao để giữ nhiệt độ lưỡi dao ở mức trên 0°C Tua bin gió ở vĩ độ cao thường yêu cầu khả năng khử băng kết hợp hệ thống sưởi chủ động và lớp phủ thụ động

Nhiệt độ thấp cũng sẽ làm giảm hiệu suất của vật liệu tuabin gió Nếu không có bất kỳ biện pháp bảo vệ nào, nhiệt độ vận hành tối thiểu của tuabin gió thường là -20°C, trong khi nhiệt độ tắt máy là -30°C Nếu sử dụng thép hợp kim chịu nhiệt độ thấp, cabin kín và thiết bị gia nhiệt cho từng bộ phận, tuabin gió có thể hoạt động bình thường ở -30°C và nhiệt độ tắt máy có thể thấp tới -40°C Tuy nhiên, vùng biển ngoài khơi nước tôi hiếm khi có nhiệt độ thấp như vậy

　Làm thế nào để ngăn chặn sự ăn mòn trên biển?

Tua bin gió ngoài khơi và nền móng của chúng thường bao gồm một số lượng lớn các kết cấu thép Đối với thép, nước biển là dung dịch điện phân tự nhiên có tính ăn mòn cao Sự ăn mòn kết cấu thép do nước biển thực chất là phản ứng điện hóa: thép là hỗn hợp của các nguyên tố sắt và xi măng Nguyên tố sắt cấu thành cực dương bị oxy hóa tạo thành rỉ sét, còn xi măng cấu thành cực âm bị khử oxy Việc bảo vệ kết cấu thép còn dựa vào điện hóa học, đây là phương pháp bảo vệ catốt cho phép thế năng của sắt đạt giá trị tương đối cao và trở thành cực âm Một kim loại có tính khử cao hơn sắt có thể được nối với kết cấu thép để nó trở thành cực dương hy sinh và bị ăn mòn, trong khi kết cấu thép làm cực âm được bảo vệ Các cực dương hy sinh thường được sử dụng bao gồm hợp kim magiê, hợp kim kẽm, hợp kim nhôm, vv Nguồn điện DC bên ngoài cũng có thể được kết nối với vòng lặp để truyền dòng điện đến kết cấu thép, biến nó thành cực âm

Một phương pháp phổ biến khác để tránh ăn mòn là phủ một lớp phủ chống ăn mòn làm từ nhựa epoxy lên bề mặt kết cấu thép để cách ly nó với nước biển Hiện nay, việc chống ăn mòn của điện gió ngoài khơi thường kết hợp hai phương pháp này, thêm một lượng lớn bột kẽm hoặc bột nhôm vào lớp phủ để trở thành cực dương hy sinh Khi hiệu ứng rào cản của lớp phủ bị suy yếu, cực dương hy sinh sẽ được sử dụng để bảo vệ nó

Trong bầu khí quyển phía trên đại dương, càng gần mặt biển, độ ẩm và hàm lượng clorua trong không khí càng cao và dễ hình thành những giọt nhỏ chứa clorua lơ lửng trong không khí, tức là phun muối Ăn mòn điện hóa cũng có thể hình thành khi phun muối tiếp xúc với kim loại Nói cách khác, sự ăn mòn của tuabin gió ngoài khơi không chỉ giới hạn ở các khu vực dưới móng và tháp tiếp xúc với nước biển mà có thể xảy ra ở bất kỳ nơi nào tiếp xúc với không khí biển Đây là lý do tại sao phòng máy, lõi của các tuabin gió ngoài khơi, cần phải được bịt kín để ngăn không khí bên ngoài xâm nhập vào Ở các tuabin gió trên bờ, hệ thống làm mát hộp số và máy phát điện trong vỏ phụ thuộc vào chuyển động của không khí Trong các tuabin gió ngoài khơi, không khí bên trong được sử dụng để làm mát được tuần hoàn để đạt được sự trao đổi nhiệt mà không hòa trộn với thế giới bên ngoài Đồng thời, cần lắp đặt các thiết bị hút ẩm trong cabin, tháp sao cho độ ẩm môi trường bên trong thấp hơn giới hạn ăn mòn của vật liệu thép

Bạn nên làm gì nếu gặp giông bão?

Thời tiết đối lưu mạnh thường xuyên xảy ra ở các vùng ngoài khơi, không khí ẩm ướt dễ hình thành giông bão Tua bin gió ngoài khơi đứng trên vùng biển bằng phẳng, hơi nước và bụi muối tích tụ trên bề mặt cánh quạt, khiến tua bin gió dễ bị sét đánh Các bộ phận dễ bị sét đánh hư hỏng nhất là các cánh quạt nằm ở điểm cao nhất của tuabin gió; hệ thống điều khiển bên trong của tuabin gió bị nhiễu bởi dòng điện sét làm cho tuabin gió không hoạt động hoặc có những hành động không chính xác; Dòng sét còn có thể tạo ra tia lửa điện trong các khe hở kim loại bên trong cabin, gây cháy nổ

Phương pháp phổ biến nhất để chống sét cho tuabin gió là lắp đặt nhiều đầu thu sét bằng kim loại ở và bên dưới đầu cánh, sao cho dòng điện trong khi bị sét đánh được truyền đến gốc cánh và trục thông qua đầu thu sét và dây dẫn xuống tích hợp của cánh Sau đó, dây dẫn xuống kết nối vỏ bọc và tháp, rồi cuối cùng rò rỉ ra biển thông qua thiết bị nối đất Để ngăn chặn các thiết bị điện bị nhiễu bởi dòng sét, có thể sử dụng bảo vệ quá áp, các biện pháp che chắn và phương pháp liên kết đẳng thế Từng bộ phận bên trong cabin cần được kết nối với khung đỡ kim loại ở phía dưới thông qua bu lông, còn các bộ phận không kết nối với khung xe thì được nối với cáp nối đất để ngăn tia lửa tối đa

Ngày phát hành: 28 tháng 8 năm 2018