近12年来影响风电场安全运行的气象灾害因子分布特征

　　摘 要：影响风电场安全运行的主要气象灾害因子有雷暴、台风、积冰、极端低温和沙尘暴。本文利用全国2000 年-2011 年近12 年的逐日气象观测资料，计算分析了各影响因子的分布特征。结果表明，夏季雷暴的频发区主要集中分布在长江中下游以南地区；影响我国的登陆台风增多，登陆路径偏北。冬季北方地区的极端低温均低于-20℃，其中东北、内蒙古中东部和北疆地区低于-30℃ ；积冰沿长江中下游地区分布，云南东北部、贵州和湖南出现范围较大；春季沙尘暴多出现在塔里木盆地到巴丹吉林沙漠一带。最后分析了空气密度对风电机组出力的影响。
　　关键词：风电场；雷暴；极端低温；积冰；台风；沙尘暴；空气密度
　　0 引言
　　中国位于中纬度欧亚大陆腹地，地势复杂，气候布局复杂多变，风能资源丰富。但是, 极端气象灾害对风电场的安全运行会造成不同程度的损害，致使风电机组受损，效益降低。我国风能资源丰富地区主要在“三北”（东北、华北和西北）和东部沿海地区，而在“ 三北”地区，对风电场机组部件的安全运行造成威胁的极端气象因子有极端低温、积冰、沙尘暴等，而对东部沿海风电场产生最大威胁的气象因子是台风，雷暴对全国的风电场机组都会产生影响，尤其对南方地区影响最大。尽管空气密度对风电机组不会产生威胁，但它对高海拔地区的风电机组出力会造成很大的影响。
利用2000 年－ 2011 年近12 年来中国气象局的逐日观测资料，对雷暴、极端低温、积冰、沙尘暴、台风以及空气密度的变化特征进行了分析，以期对风电场的安全运行提供参考保障。
　　1 雷暴
　　雷暴为积雨云云中、云间或云地之间产生的放电现象。
　　雷暴表现为闪电兼有雷声，有时亦可只闻雷声而不见闪电。雷暴发生时常伴有冰雹、大风、暴雨等多种极端天气现象。我国的雷暴主要出现在夏季，春、秋季出现的几率相对较小。雷暴的主要分布特征是南多北少。近12 年来，大于30 天的年平均雷暴日数主要出现在长江中下游以南地区。我国南部沿海地形复杂，来自洋面丰沛的水汽由于动力抬升，对流活动强盛，雷暴频发，如在云南西南、广西南部、广东西南的部分地区及海南地区年平均雷暴日数会达到60 天－ 70 天。其中，云南西南部最高可以达到80 天，局部地区会超过100 天。而青藏高原、云南西北部以及四川西部夏季对流活动旺盛，年平均雷暴日数基本在40 天以上，青藏高原的中东部部分地区可以达到60 天－ 70 天。长江中下游以北的华中、华北、东北地区的雷暴相对较少，基本少于30 天，但京、晋、冀部分地区的雷暴日数会达到30 天－ 40 天。除新疆西北地区之外，西北大部分地区的年平均雷暴日数小于20 天，也是我国雷暴日数出现较少的地区。由于风电机组和输电线路多建设在空旷地带，尤其在地势较高的地方，裸露于雷雨云形成的大气电场中，很容易发生尖端放电而被雷电击中。雷暴发生时会产生强大的电流、炙热的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效应，造成风电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元件烧毁等，致使设备和线路遭受严重破坏，即使没有被雷电直接击中，也可能因静电和电磁感应引起高幅值的雷电压行波，在终端产生一定的入地雷电流，造成不同程度的危害。
　　2 极端低温
　　极端低温是指在一定时期内出现的最低气温。极端低温均出现在冬季，受极地大陆冷气团的影响，特别是我国的北方地区极易受到冷空气的影响，致使温度骤降。我国极端低温的分布由南向北逐渐降低，呈现东北向西南略倾斜分布。黄河下游、秦岭至西藏东南以南地区的极端低温均高于-15℃，对风电场没有影响，而以北的大部分地区在-25℃ ~-30℃之间，东北、内蒙古中东部、新疆北部以及内蒙古西部的部分地区在-30℃ ~-35℃之间，其中除了黑龙江东部的东北大部、内蒙古中东部以及北疆东部地区的极端低温在-35℃ ~-40℃之间，黑龙江北部和内蒙古东部的极端低温会降至-40℃以下。历史上，我国最低气温-52.3℃出现在1969 年2 月13 日黑龙江的漠河地区，它是我国有器测历史以来观测到的最低温度。
　　据IEC 标准规定，风电机组的运行温度为-20℃，生存温度为-30℃。在我国风能资源丰富的“三北地区”（东北、华北、西北），极端最低温度均在-20℃以下。而东北、内蒙古中东部以及新疆北部地区的极端低温均低于-30℃。这些地区的风电场开发利用时都要考虑到极端低温对风电机组的影响。极端低温对电子电气器件的正常功能影响较大，液压系统也会因液压油粘度增大出现异常，致使机组难以运转，进而危及设备的安全运行[1]。