工程熱物理所極端風(fēng)況下沿海風(fēng)電機(jī)組破壞研究取得進(jìn)展

  我國沿海地區(qū)年平均風(fēng)速高，風(fēng)能資源豐富；同時，沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，電能消耗大。這種資源供給與需求在地域上的良好契合，非常有利于可再生能源風(fēng)電的開發(fā)。但是，沿海地區(qū)易受臺風(fēng)等極端風(fēng)況的影響，據(jù)統(tǒng)計，每年平均有九個臺風(fēng)登陸我國沿海地區(qū)，極端風(fēng)況對沿海風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)完整性構(gòu)成了巨大威脅。如何可靠、經(jīng)濟(jì)地保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是沿海風(fēng)電機(jī)組向更大尺度、更深水深發(fā)展所必須解決的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。

　　近日，中國科學(xué)院工程熱物理研究所科研人員針對臺風(fēng)風(fēng)速極值大、風(fēng)向變化快的特點，結(jié)合實測氣象數(shù)據(jù)、三維地形GPS數(shù)據(jù)和臺風(fēng)風(fēng)剪切模型，進(jìn)行了復(fù)雜風(fēng)場特性的三維CFD模擬和風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)的氣彈耦合分析，建立了風(fēng)電機(jī)組在極端風(fēng)況作用下結(jié)構(gòu)極限破壞的系統(tǒng)分析方法。運用該方法，研究人員定量分析了沿海風(fēng)電機(jī)組在不同極端風(fēng)況、不同停機(jī)姿態(tài)、不同位置分布等關(guān)鍵因素對其結(jié)構(gòu)破壞模式和極限承載力的影響，準(zhǔn)確預(yù)測了實際風(fēng)電機(jī)組的破壞特征，如結(jié)構(gòu)斷裂位置、破壞主導(dǎo)模式和臨界載荷。同時，根據(jù)研究結(jié)果，研究人員對現(xiàn)行IEC風(fēng)電機(jī)組設(shè)計規(guī)范提出了改進(jìn)和修正建議。

　　相關(guān)成果已發(fā)表在國際期刊Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics上，并將在歐洲風(fēng)能協(xié)會學(xué)術(shù)年會（EWEA-2015）上作口頭報告。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和教育部留學(xué)回國人員啟動基金的資助。

圖1 臺風(fēng)路徑與風(fēng)場位置

圖2 風(fēng)場三維CFD網(wǎng)格與風(fēng)電機(jī)組模型

圖3 葉片破壞模式與位置（計算v.s.觀測）