风电机组易遭雷击 技术法规破解遇难题

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　规范风机防雷 尽管雷电风险如同一颗不定时炸弹，随时可能对风力发电机组造成致命伤害，但有关部门对风力发电机组的防雷问题重视程度依然不高。 有专家坦言，一些风力发电项目纷纷上马，首先考虑的不是安全问题，而是经济效益问题，项目开工前鲜有企业考虑防雷因素；项目完成后，企业又急于收回投资成本，防雷也成了次要问题。 而就目前的技术，我国对雷电机理的了解比较欠缺，特别是与风力发电发展比较早的欧美国家相比，我国有关风力发电机组的防雷击的研究相对滞后，因此一些风电投资方和建设方认可的防雷技术服务依然有限。 “防雷如同防洪，其原理是为雷电流提供一条低阻抗的通道，同时采取内部防雷措施，降低或减少对电气、电子系统的损害。”关象石告诉记者，专家已经研制出一种新型的防雷叶片，在这种叶片的顶端和中部镶进一个金属环和一根金属线，将雷电流从雷击点引到叶根直至大地。另外，针对控制系统，可以通过安装低压电涌保护器，将雷击电流泄入大地。 另外，我国还没有风力发电机组防雷和过电压保护的技术标准，也没有统一的检测标准，也是导致风力发电机组屡遭雷击的重要原因之一。 “不同的企业在防雷接地设计、接地电阻的大小、防雷产品的质量等方面千差万别。比如，风力发电机组的接地电阻应该小于4欧姆，但是有些工程却达到十几欧姆。正是由于我国风力发电的防雷标准迟迟没有出台，导致没有统一的标准对其进行检测和认证。”易跃春说。 对此，关象石也表示出同样的担忧：“管理部门没有相应的法律法规可循，检测部门没有标准可依。一些专门做防雷的公司虽然做了一些工作，水平和质量却参差不齐。” 对于风电机组的问题，风电专家、北京交通大学教授汪至中表示，我国在引进吸收国外风机过程中，必须改进风机防雷和过电压设计，“这只是个时间问题。风机防雷接地施工过程非常专业，必须依照相关标准。” 有专家透露，目前，由国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会联合发布的《风力发电机组雷电防护》国家标准已在送审过程中。专家希望《风力发电机组雷电防护》能在不久的将来成为风力发电机防雷的国家标准，从技术层面上妥善解决风机防雷的问题。