未“冰”绸缪：今冬风机结冰风险前瞻

 

　　2017-2018冬季风机结冰风险前瞻

 

 

　　寒潮来不来

 

　　近日逐渐入冬，岁末年初也预示着即将迎来2018年初的寒潮。犹记得2017年2月的那场寒潮，全国大范围地区降温8-12°C，直接达到蓝色预警等级。

 

　　2017年寒潮与2016年的世纪寒潮很相似，都是北极地区大幅升温，导致极涡南下。连续两年大幅寒潮，对于许多地区的风场是否能抵御结冰风险来说都是一个不小的挑战。

 

　　这个冬天是否还会面临同样的境况呢？以下我们将对此进行详细说明。

 

　　下图为2017年12月至2018年2月的连续三个月月气温异常的预测统计，可以看出明显在2018年1月时中国中东部和南方地区气温低于往年的概率比较大，可能成为山地风场结冰的高发月份。

 

 

　　到底冷不冷

 

　　判断是否会发生如去年一样的极端天气状况，一个重要的表征就是ENSO（El Niño-Southern Oscillation 厄尔尼诺与南方涛动循环）。

 

　　注：“厄尔尼诺”(El Niño)，意为"圣婴"，是指赤道太平洋中东部海洋表面温度持续异常增温的现象。当厄尔尼诺现象发生时，太平洋广大水域的水温升高，会造成南方涛动现象（Southern Oscillation，SO）。“拉尼娜”(LaNina)，意为“小女孩”，指赤道中东太平洋海面温度持续异常偏冷的现象。气象上把两者合称为ENSO（El Niño/La Niña-Southern Oscillation，简写ENSO，音“恩索”）。这种全球尺度的气候振荡被称为ENSO循环。

 

　　简单来说，厄尔尼诺发生时气温上升，中国地区会更暖，拉尼娜发生时，中国地区会更冷，但这些只是从可能性的角度来说。通常，出现拉尼娜事件时，中国冬季会更冷，但也并不意味着会进入寒冬，只是进入寒冬的概率高一些，特别是南方地区。

 

　　面对即将来临的寒潮，到底对气温会造成多大程度的影响我们有必要用ENSO预测作为判断依据之一。

 

　　下图为截取的近年来海洋尼诺指数，红线表征厄尔尼诺发生可能性，蓝线表征拉尼娜发生可能性，可以看出2017-2018年冬季指数在两个范围之内，处于自然水平，这个冬季大概率会保持平稳状态。这种平稳的状态极大可能表征气温的波动性变化，与文中12月-2月的气温预测相对应。

 

 

　　下图为ENSO发生可能性的概率统计，同样可以看出自然状态（绿色）的发生可能性更高。

 

 

　　危害大不大

 

　　冰冻灾害预警的重要性

 

　　虽然风机叶片覆冰为偶发性事件，一旦发生，将对风电场运行造成巨大影响，同时，也为周边人员的安全埋下隐患。

 

　　积冰的影响

 

　　1）当风机叶片表面大量积冰时，由于每个叶片上的冰载不同，使机组的不平衡载荷增大，从而降低风机的零部件寿命，对机组造成较大的危害；

 

　　2）由于积冰厚度不一，叶片原有的气动外形将发生改变，降低机组的风能利用系数，从而造成发电功率降低，严重时还可造成风电机组无法正常启动；

 

　　3）风机上的测风仪结冰后，将无法正常工作，使测量数据不准，影响机组的正常运行和控制；

 

　　4）结冰后，如果风机继续运行，抛出的冰层碎块或掉落的大冰块可能会伤害到风机自身及其附近的人或物。

 

　　低温的影响

 

　　1）由于空气密度随着温度的降低而增大，因此低温环境会造成风电机组额定出力增加，出现过发过载的情况；

 

　　2）风机出现低温疲劳问题，严重情况下可造成焊缝断裂；

 

　　3）风电机组所使用的润滑油将随着温度的降低粘稠度增大，流动性变差，风机需要润滑的部位可能无法得到充分的油量供应，从而危及风机设备的安全。

 

　　因此，在冰冻灾害天气发生前的有效预警时间内准确高效地传递天气预测预警信息至关重要。高精度气象预测预警服务方案，可以最大程度上预防叶片结冰对机组的危害，优化客户资源配置，降低客户财产损失，确保人员和设备安全。