破解风电机组防雷的桎梏

　　2011年6月9日，国家电网报《产经周刊》刊登了风机防雷问题的新闻调查。报道刊出后，参与调查的编辑、记者陆续收到各方面反馈，电网企业的工程技术人员认为需要高度重视风机防雷和防火工作，气象部门提出要从技术和法规层面规范风机防雷……在风电技术新标准出台之际，我们再次呼吁：请重视风机防雷。
　　来自国家能源局的最新统计数据显示，截至2010年年底，我国新增风电装机1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦，均居世界前列。
　　在这种大好形势下，有关专家指出，我国的风力发电机组防雷存在隐患。
　　风电机组缘何易遭雷击
　　我国红海湾风电场建成投产至今发生了多次雷击事件。据统计，叶片被击中率达4%，其他电器元件被击中率更高达20%。被誉为“中国风电开发的先锋”的粤东南澳岛，几乎年年都发生雷击事件。
　　“虽然针对风力发电机的防雷已有一套严格的技术，但是，当遭遇直击雷时，风力发电机组只能‘束手就擒’。目前，风电部门防范直击雷的难度很大，成本也很高。”中国水电工程顾问集团公司新能源处处长易跃春告诉我们。
　　风力发电机组在露天环境下工作，难免受到自然灾害的影响。现代科学技术迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大，一台现代风力发电机的发电能力是20年前的100倍。为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径随着增高，雷击风险也随之增加。
　　著名防雷专家关象石认为，风力发电机身处雷击困境有三个原因：风力发电机组大，一般处于海岸、丘陵、山脊乃至海面上，周围少有障碍物，恰是易遭雷击的地方；为了捕捉更多的风能，风力发电机组一般都设置在高于周边的制高点，更易吸引雷电；上行雷威胁风力发电机组会对雷云产生向上的先导闪击，“主动迎接”雷闪。
　　细数雷击“三宗罪”
　　根据人们对雷电的普遍认识，下方有良好的接地装置，上方有能够拦截雷闪的金属物，上下之间有引下雷电的导体，便具有防雷作用。
　　但由于风力发电机组尺寸大，现在最普遍的防雷方式避雷针在它面前也无能为力。防雷系统必须与风力发电机组的各个部分联成整体，在不干扰系统运行的前提下，将雷电流从雷击点安全导入大地。正是由于风力发电机组的这些特殊性，造成了雷击对于风力发电机组的“三宗罪”。
　　第一宗当属“叶片”。关象石解释说，风力发电机组的叶片是雷击的第一目标，也是风力发电机组防雷的一大难点。典型的风力发电机组有两、三片叶片，直径可达100米，叶片旋转时距离地面的高度超过100米。现在的叶片为了减轻重量普遍采用绝缘复合材料作为载荷部件，如玻璃纤维增强塑料、木材层压板等，这种材料不能传导雷电流，非常容易因雷击损坏。据悉，按雷击后需要对叶片进行更换的成本计算，更换一台机组叶片的吊装费用是100万元人民币左右，叶片成本约30万至40万元，累积全部费用，更换一台机组中的一个叶片的直接费用就需150万元，更不要说更换期间发电量的损失。
　　第二宗，风力发电机组的控制系统。当风力发电机组遭受雷击时，即使叶片没有受损，雷电也有可能通过风力发电机组的电子信号传输线和电力传输线进入“中枢神经”，即风机中最敏感、最“娇贵”的部位——控制系统。从德国和丹麦获得的风力发电机组各个部位受雷击统计数据显示，在两国所有报告的雷击事件中，雷电引起的控制系统损毁高达40%至50%。
　　第三宗，就是雷闪会影响电能的质量。现在因风力发电储能技术没有突破性进展，且不能平稳输出电能，已经有人将风电称为“垃圾电”，究其原因，其中之一就是，雷电导致风力发电的电流和电压不稳定。
　　从技术和法规层面