（作者單位：張秀芝：國家氣候中心；張容焱：福建省氣候中心）

我國沿海及近海區(qū)域是風能資源豐富區(qū)，也是我國電力負荷中心，同時也是西北太平洋熱帶氣旋影響或者嚴重影響的地區(qū)。目前國內(nèi)風電機組設(shè)計和認證的主要依據(jù)是IEC 61400-1和GL Guideline for the Certification of Wind Turbines，它們基本以歐洲氣候條件為基礎(chǔ)，對臺風風況的定義很簡單。盡管近些年主流機組在不斷地嘗試抗臺風設(shè)計、制造和控制系統(tǒng)，但仍相繼有2003年13號臺風“杜鵑”、2006年1號臺風“珍珠”、2006年8號臺風“桑美”、2010年13號臺風“鯰魚”、2013年19號臺風“天兔”和2014年9號臺風“威馬遜”，分別造成了廣東、浙江、福建和海南等地沿海風電場風電機組嚴重損毀。

任何事物都具有兩面性，熱帶氣旋對風力發(fā)電也有其有利的一面，強度較弱的熱帶氣旋(如熱帶風暴量級)以及較強的熱帶氣旋的外圍環(huán)流，可以給風電場帶來較長的“滿發(fā)”時段，關(guān)鍵是風電場管理人員如何利用臺風的基本規(guī)律和信息，趨利避害。本文重點介紹針對近海風電開發(fā)的臺風基本特點以及臺風影響海域的風電場臺風專項分析應(yīng)關(guān)注的問題。

影響中國近海的臺風概況

一、熱帶氣旋定義及等級

生成于熱帶或副熱帶洋面上，具有有組織的對流和氣旋性環(huán)流的非鋒面性渦旋的統(tǒng)稱，包括熱帶低壓（10.8～17.1m/s,風力6～7 級）、熱帶風暴（17.2～24.4m/s,風力8～9級）、強熱帶風暴（24.5～32.6m/s,風力10～11 級）、臺風 （32.7～41.4m/s，風力12～13 級）、強臺風（41.5～50.9m/s，風力14～15 級）和超強臺風（風速≥51m/s，風力16級或以上）。

二、統(tǒng)計特征

1949—2016年登陸中國大陸的熱帶氣旋達到熱帶風暴強度及以上492個，以登陸前6小時強度判斷其對近海風電場的影響程度，超強臺風6個，強臺風46個，臺風156個（32.5～37.4m/s,102個，37.5～41.4m/s，54個），強熱帶風暴147個，熱帶風暴137個?？梢钥吹?，熱帶風暴和強熱帶風暴占58%，臺風占32%，破壞力很強的強臺風和超強臺風只占10.6%。

如果按照風電機組安全等級標準劃分的話，25.0～37.4m/s為249個，37.5～42.4m/s為60個，42.5～50.0m/s為40個，大于50m/s為6個。也就是說，在中國近海熱帶氣旋達到IEC II類的占12%，IEC I類的占8%，超IEC I類的占1.2%。

三、路徑特征

圖1為1949—2016年進入24小時警戒線達到臺風強度的頻數(shù)分布圖，影響中國近海的臺風由西北太平洋生成后，向西北方向移動，一部分穿過菲律賓和巴士海峽進入南海，分別移向海南、粵西、粵東（個別進入臺灣海峽登陸閩南），6個超強臺風中有4個屬于該路徑。圖2-1為2014年“威馬遜”臺風損壞的風電機組，臺風一部分穿過臺灣島進入臺灣海峽在登陸福建，登陸臺灣時強度很大，進入臺灣海峽強度大減；一部分在臺灣附近海域西北登陸浙江，6個超強臺風中有2個為該路徑。圖2-2為2006年“桑美”臺風破壞的風電場，臺風的一小部分直接由東海、黃海北上在上海、江蘇、山東登陸。

海上風電場臺風專項分析

臺風影響海域的風電場，臺風專項分析是設(shè)計院、開發(fā)商、整機商和風電場運維的重要依據(jù)。應(yīng)包括（但不限于）以下幾個方面：

一、影響風電場臺風概況分析

風電場區(qū)域向外100公里半徑范圍歷史上出現(xiàn)的熱帶氣旋，分析不同級別熱帶氣旋出現(xiàn)頻率、路徑特征、季節(jié)變化、年際變化，以及大風、大浪災(zāi)害。

二、臺風期間風速、風向變化分析

GL Renewables Certification規(guī)定臺風風況下 180°/ 30 min，實際上一個標準的臺風風況變化大致分三個階段：1.當臺風中心到達之前風速快速加強并達到最大，風向相對穩(wěn)定；2.臺風中心經(jīng)過時風速急速減小，臺風眼過后再急速增大，即所謂的風速雙峰型，這期間風向則變化極快，也就是所謂的180°/ 30 min（如圖3-1）；3.臺風中心過后風速逐漸減小，風向趨于穩(wěn)定。然而，由于臺風強度、大小、移動速度以及環(huán)境流場、地形等差異，像圖3-1的標準風況很少被觀測到，如圖3-2臺風眼過后第2個風速峰值就小了很多，但風向的變化是相同的。統(tǒng)計分析結(jié)果表明，位于臺風中心及臺風中心附近的觀測點，風向前后變化一般在120～200°之間。

圖1 1949-2016年進入24小時警戒線達到臺風及以上強度頻數(shù)圖

圖2 遭受風破壞的風電機組現(xiàn)場圖

圖3 測風塔位于臺風的不同方位時，風向變化情況

另外，臺風行進方向的右前方風速最大，左后方風速相對小一些，觀測點位于臺風中心的不同方位，風向的變化也是不同的，如圖3所示，若測風塔位于臺風移動方向的右側(cè)，風向呈順時針變化；若測風塔位于臺風移動方向的左側(cè)，風向呈逆時針變化，與臺風移動方向和登陸區(qū)域無關(guān)。風電場運行人員根據(jù)臺風預報和測風塔的風向、風速和氣壓的變化，可判斷風電場處于臺風的什么方位，處于臺風影響的哪個階段，從而采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。

三、臺風風特性分析

目前海上風電場機組招標一般帶方案投標，至少需要臺風影響下的湍流、風切變、陣風系數(shù)，如果有三維脈動觀測資料，則分析入流角，縱向、橫向、垂向湍流標準差的關(guān)系，以及湍流譜。國內(nèi)風電場觀測期一般1～2年，觀測期間觀測到的臺風可能強度不大或臺風外圍，甚至沒觀測到臺風。可以廣泛收集其他海域臺風影響下的觀測資料，根據(jù)本海域不同級別熱帶氣旋頻率情況，間接地獲得風電場的風特性參數(shù)。

四、極端風速持續(xù)時間分析

臺風影響嚴重的海上風電場一般需要配備用電源。應(yīng)做到以下幾點：1.掌握當?shù)仉娋W(wǎng)抗風等級，包括設(shè)計標準和臺風破壞輸電線路實例風速；2.超出電網(wǎng)抗風能力的大風持續(xù)小時數(shù)，可通過分析實測數(shù)據(jù)和經(jīng)過風電場及輸電線路的臺風中心最大風速兩種途徑獲得，以此確定備用電源合理的容量和支撐時間。

五、臺風影響下的50年一遇最大風速計算

由于沿海氣象站城市發(fā)展很快，氣象站與風電場的大風相關(guān)性往往較差，可以根據(jù)影響風電場的臺風大風，使用Poisson-Gumbel 聯(lián)合極值概率分布計算海域50年一遇最大風速，以互相驗證計算結(jié)果。