曾琦 陳正洪

（1 中國地質大學（武漢），武漢 430074；2 湖北省氣象服務中心，武漢 430205）

0 引言

當今世界各國正在積極開發(fā)清潔的可再生能源，其中風能作為一種清潔高效的能源日益受到各國重視。據(jù)全球風能理事會（Global Wind Energy Council，GWEC）估計，到2020年，全球風電總裝機容量可能會增加到7.92億 kW，2030年風力發(fā)電量將占全球總發(fā)電量的20%以上[1]。根據(jù)《風電發(fā)展“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，2020年中國風電累計并網(wǎng)容量將達到2.1億 kW以上，其中海上風電并網(wǎng)裝機容量達到0.5億 kW以上，風電發(fā)電量達到4200億 kW·h，占全國總發(fā)電量的6%[2]。隨著風電場的興建，風電機組的安全運行問題受到越來越多的關注，極端氣象災害對風電場的安全運行會造成不同程度的損害，致使風電場內(nèi)設備受損，發(fā)電效益降低。

氣象災害一般包括天氣、氣候災害和氣象次生、衍生災害。風電場一般建設在空曠的自然環(huán)境中，各種氣象災害都會或多或少危害風電場和內(nèi)部人員安全，本文選擇風電場易受到且影響較為嚴重的臺風、大風、雷電、低溫冰凍、暴雨、沙塵暴、高溫以及氣象次生災害[3]展開論述。其中涉及臺風、雷電、低溫冰凍的相關研究較多。例如，Manwell等[4]分析氣象災害（臺風）引起的極端事件對美國近海風電場的影響；宋麗莉等[5]分析熱帶氣旋對我國風力發(fā)電的影響；Rodrigues等[6]研究雷電對風機的直接和間接影響；Makkonen等[7]構建一種風機覆冰模型。而暴雨、沙塵暴、高溫以及次生災害對風電場影響的相關研究較少。

國內(nèi)外關于風電場受氣象災害影響的系統(tǒng)性研究比較晚，相關研究自20世紀90年代逐漸增多，主要集中在美國、日本、歐洲（西班牙、德國、意大利、瑞典、葡萄牙等）以及加拿大，研究內(nèi)容主要是從定性的角度分析風電場開發(fā)建設過程中遇到的氣象災害風險，其中部分研究試圖對風電場遇到的氣象災害風險進行定量測量。Spencer等[8]定量分析美國颶風對還防水風電場造成的風險。我國早期主要研究單一氣象災害對風電場的影響，分析某個風電場受災情況，至2010年該領域深入研究增多。鄭有飛等[9]對影響江蘇省風電開發(fā)的主要氣象災害進行分析及評估?？梢钥闯?，氣象災害對風電場的影響研究是一個新興的領域，需要研究人員深入探索。希望通過這篇文獻綜述，讓更多人了解該領域研究內(nèi)容，激發(fā)更多相關研究，科學指導風能發(fā)電。

風電場可以劃分為風電機組（風電機、箱式變壓器）、集電線路（架空、地埋）、升壓站、建筑（監(jiān)控室、生活區(qū)）、道路這5個單元。下面結合風電場劃分單元從臺風、大風、雷電、低溫冰凍、暴雨、沙塵暴、高溫和次生災害這幾個方面分別論述氣象災害對風電場的影響，總結氣象災害對風電場的影響類型。

1 臺風、大風

風機利用風能將其轉化為電能，持續(xù)大風天氣可以使風機處于較長時間的“滿發(fā)”狀態(tài)，充分利用風力資源。但是，當風速過大時風機及其附屬設施也可能遭到損壞。2006年臺風“桑美”襲擊浙江蒼南風電場造成慘重的損失，28臺風電機組全部受損，其中5臺倒塌[10]。除了臺風影響，一些內(nèi)陸風電場還會受到大風災害的不利影響。2015年8月，加拿大德芙琳地區(qū)發(fā)生強烈的龍卷風，當?shù)嘏渚W(wǎng)電線斷裂，造成風電場線路跳閘斷電，大量房屋受損，當?shù)?0多人受傷[11]。

臺風和大風對整個風電場，即風電機組、集電線路、升壓站、道路和房屋所有單元的安全都有威脅。

1.1 臺風

熱帶氣旋是發(fā)生在熱帶或副熱帶洋面上的低壓渦旋，是一種強大而深厚的熱帶天氣系統(tǒng)，其中最大風力達到12級的稱為臺風。王帥[12]認為臺風對風力發(fā)電機組的破壞機理主要體現(xiàn)在對設備結構施加的靜載荷和動載荷疊加效應。風電設備所受風壓靜載荷與空氣密度和風速有關，與風速的平方成正比。臺風風速可高達70 m/s，空氣密度很大，極易超過設計載荷極限，破壞風機設備。風壓動載荷主要由湍流引起，湍流強度越大，對風機的破壞性越強，湍流對設備結構形成周期性激蕩， Han等[13]認為若湍流產(chǎn)生的周期恰好與風機固有振動周期相同，設備結構就產(chǎn)生橫向的共振，導致風機被毀。湍流強度突變也會影響風機正常運行。

張禮達等[14]總結臺風對風電機組的主要破壞有：葉片出現(xiàn)裂紋或被撕裂，偏航系統(tǒng)受損，風向儀、尾翼等設備被吹毀等。在高風速的情況下（大于25 m/s），機械制動器會使渦輪機停止旋轉以減少負荷。Hong等[15]研究發(fā)現(xiàn)，若機械制動失效，葉片轉速達到超速度時，葉片結構無法承受極端負荷，最終導致葉片彎曲、損壞或脫落。臺風可直接造成偏航系統(tǒng)的機械損害，也可能破壞風電場電網(wǎng)系統(tǒng)從而使偏航系統(tǒng)故障。偏航系統(tǒng)可以根據(jù)風速風向控制輪轂和葉片的角度，它可以使轉子遠離突出的風向以減少負荷。臺風期間會出現(xiàn)持續(xù)幾個大風方向作用在風電機組的情況，當偏航系統(tǒng)失效，風機將無法調(diào)整對風，臺風風速超過設計極限時，會發(fā)生葉片損毀甚至風機倒塌等事故。吳遠偉[16]指出葉片在強風作用下產(chǎn)生極大扭轉力矩，超出高速軸剎車盤與剎車片摩擦承載能力，剎車盤強行轉動，產(chǎn)生持續(xù)高溫，產(chǎn)生火花引燃高速盤側易燃物引起火災。

除了風電機組，臺風也會對風電場其他單元造成極大破壞，可能造成門窗破損、塔架變形、房屋和架空線路倒塌等一系列危害。臺風還往往伴隨暴雨、風暴潮，可能會沖毀風電場，甚至引發(fā)內(nèi)澇淹沒風電場，破壞升壓站等地面設備、地下電纜、道路交通，造成嚴重的災害。

Manwell等[4]研究指出，風和海浪是影響海上風電場最重要的兩個因素，風主要影響風機和塔，海浪影響地基。在臺風期間，風和海浪對海上風力發(fā)電場的相互作用仍然是一個需要研究的問題，Kumar等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在熱帶氣旋中波高與極端風速之間有良好的相關性。大風帶來大浪，臺風帶來的狂風、巨浪，對風力渦輪機、塔和地基造成巨大破壞。

1.2 大風

測站出現(xiàn)瞬時風速達到或超過17 m/s，或目測風力達到或超過8級的風為大風，一日出現(xiàn)過大風，作為一個大風日[18]。產(chǎn)生大風的天氣系統(tǒng)很多，如冷鋒、雷暴、颮線和氣旋等，特殊地形會形成局地大風。下面主要論述颮線大風、龍卷風、寒潮大風、峽谷大風等大風災害對風電場造成的一定程度的破壞。

颮線是強對流天氣的一種，沿著颮線可出現(xiàn)雷暴、暴雨、大風、冰雹和龍卷等劇烈的天氣現(xiàn)象。颮線大風相比龍卷風持續(xù)時間更長，破壞范圍更大，強風冰雹破壞風機組設備，使線路跳閘停電[19]。龍卷風風速極高，對風電場內(nèi)設備造成巨大沖擊，其內(nèi)外氣壓差可能將建筑屋頂直接吸走，另外龍卷風裹挾的樹枝、磚塊等風致碎片會撞擊下游其他物體造成破壞[20]。寒潮是大規(guī)模強冷空氣活動的過程，造成劇烈降溫，伴隨大風、冰雹、降雪等災害性天氣現(xiàn)象[19]。受地形狹管作用影響，當氣流由開闊地帶流入地形構成的峽谷時，由于空氣質量不能大量堆積，空氣加速流過峽谷，風速增大形成峽谷大風，大風風力可達到10級以上，強風會破壞風電場。這些大風災害會造成風電機組、集電線路、升壓站、房屋建筑損毀，影響道路交通。極端大風事件不僅會影響風機的安全運行，還會威脅周邊的公共安全，伴隨的暴雨冰雹將進一步危害風電場的安全運營。

2 雷電

雷電是一種伴有雷擊和閃電的局地對流性天氣，是一種在積雨云云中、云間或云地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，雷暴發(fā)生時常伴有冰雹、大風、暴雨等多種極端天氣現(xiàn)象[3]。雷暴對風電場的危害十分嚴重。Victor[21]研究發(fā)現(xiàn)，風機的有利位置往往與雷暴活動的區(qū)域重合。對于建立在空曠地帶的風電場，當它處于雷雨云形成的大氣電場中時，風機相對于周圍環(huán)境成為突出的目標，容易發(fā)生尖端放電被雷擊中[22]。對于建立在高海拔區(qū)（例如1000 m）或在山脊、山頂?shù)娘L電場，風機更是直接暴露在了雷電之中[23]。Rodrigues等[6]研究調(diào)查顯示，每年有4%～8%的歐洲風力發(fā)電機被雷電損壞，其中德國風力發(fā)電機的雷擊毀壞率高達8%，日本沿海的風機因雷電導致?lián)p害占所有總事故的30%左右。2013年3月，廣西多地出現(xiàn)雷電，其中資源縣某風電場受雷電影響，4臺風機的箱式變壓器損壞，直接經(jīng)濟損失91萬元[24]。

雷電主要影響對象是風電場內(nèi)的風電機組、集電線路、升壓站以及建筑設施。危害可以分為直接危害和間接危害。直接危害主要表現(xiàn)為雷電引起的熱效應、機械效應和沖擊波造成的危害。間接危害主要表現(xiàn)為電磁感應效應和電涌過電壓效應等[25]。以下從這兩個方面論述雷電對風電場的危害。

2.1 雷電對風電場的直接危害

風電機組遭受雷擊的過程實際上就是帶電雷云與風電機組之間的放電過程。雷電直接擊中風電機組時，電流產(chǎn)生熱效應和機械效應。機械效應主要表現(xiàn)為在電動力作用下，部件直接被擊毀，例如雷擊使得塔筒變形甚至折斷。熱效應主要表現(xiàn)為雷擊點周圍，局部金屬熔化，例如使輸電線路直接熔斷。熱效應和機械效應一般同時出現(xiàn)。對于葉片，被擊中時，雷電釋放的巨大能量使葉片溫度急劇升高，物體內(nèi)部水分迅速蒸發(fā)、汽化，快速膨脹，壓力上升造成葉尖前后粘接部分爆裂破壞。直擊雷擊中風機葉片后，電流沿著葉片傳至風電機的主軸部分，電流流動時，機艙內(nèi)部金屬間隙會產(chǎn)生電火花，可能引發(fā)火災爆炸。電流經(jīng)過軸承時，產(chǎn)生極大熱量，損壞軸承內(nèi)的滾子和套圈，影響軸承運行的流暢性和設備的可靠性。雷擊往往不會使電機運行立即失效，但它使運行摩擦加大，日積月累，最后使整個軸承內(nèi)部遭到嚴重損壞并發(fā)生運行故障[25-27]。

2.2 雷電對風電場的間接危害

風電機組雷擊暫態(tài)效應會使電位抬高，使得風機葉片尖端與塔筒底部產(chǎn)生較大電位差，當不同構件之間電位差達到一定數(shù)值時，風機內(nèi)部結構之間的空氣被擊穿，破壞風機內(nèi)部設備。雷電擊中風機時會在風機塔筒內(nèi)產(chǎn)生強電磁脈沖[27]，對塔筒內(nèi)部的風機控制系統(tǒng)和主電源裝置造成直接輻射危害。電磁脈沖會在塔筒內(nèi)部各種信號、電源傳導線內(nèi)部產(chǎn)生感應電流，形成過電流和過電壓波侵入電子設備，這些過電壓會損壞集電線路和升壓站設備，造成風機設備工作失靈或者永久性損壞。雷電流由散流裝置入地過程中形成的電位梯度過大，附近區(qū)域人員可能受到接觸電壓和跨步電壓的危害。

3 低溫冰凍

根據(jù)IEC 61400-1標準[22]規(guī)定，風電機組的運行溫度為-20 ℃，生存溫度為-30 ℃，極端低溫環(huán)境會影響風電場的正常運行。積冰是一種各種降水或霧滴與地面或空中冷卻物體碰撞后凍結在其表面上的現(xiàn)象。Neil等[28]指出在世界上的許多地方，大部分利于開發(fā)的風能可用點已經(jīng)被利用，這迫使風電場開發(fā)商去尋找更復雜的地點，并帶來額外的風險或不確定性，比如近海、山林和寒冷的氣候地區(qū)。根據(jù)歐洲新能源咨詢公司（BTM）評估，到2012年底，寒冷氣候地區(qū)的裝機容量達到69 GW，2017年將增加50 GW[29]。湖北仙居頂風電場2010—2013年受低溫冰凍影響，年平均損失電量600～800 kW·h。

低溫冰凍主要影響對象是風電場內(nèi)的風電機組和集電線路設備，也會影響道路房屋。

Oloufemi等[30]指出低溫冰凍對風電場最直接的危害就是停機所造成的經(jīng)濟損失，若低溫天氣持續(xù)時間較長，葉片長時間覆冰，風電場往往會停機幾周甚至數(shù)月。2005年德國一項調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，停機是低溫冰凍事件的最大危害，影響占比近90%[31]。除了停機，低溫冰凍還伴隨3個方面的問題：葉片、輸電線等其他構件覆冰問題；低溫使?jié)櫥宛こ砹鲃有圆钜l(fā)的機械故障問題；低溫使得部分電子元件傳感器失靈的問題。下面重點從葉片、導線覆冰、機械故障、周邊安全問題這4個方面具體展開論述。

3.1 葉片覆冰

葉片覆冰使得葉片質量分布不均，葉片結構和形狀改變，降低風能利用系數(shù)；增大葉片粗糙度，降低機翼啟動性；葉片負載增大，風電機組機翼的空氣動力損失增大[32]。Hu等[33]研究得到，葉根到葉尖，冰的質量和厚度近似呈線性增加；葉尖結冰率大于葉根結冰率，在防/除冰時應注意葉尖區(qū)域；無論是不對稱覆冰（葉片一面覆冰，一面未覆冰）還是對稱覆冰都能減小葉片動力，但不對稱覆冰會使葉片附加不對稱剪力，對風機危害更大。孫鵬等[34]指出低溫會使葉片阻尼等結構特性發(fā)生變化，葉片自身頻率變化，引發(fā)共振，使得壽命縮短，大風低溫時的剎車動作可能引起葉片折斷。

3.2 導線覆冰

當導線覆冰厚度超過設計的抗冰厚度時，覆冰后質量、風壓面積增加會導致輸電線路發(fā)生機械和電氣方面的事故，可能造成金具損壞、導線斷股、桿塔折損倒塌、絕緣子串翻轉和撞裂等機械損害；也可能使弧垂增大，造成閃絡和燒傷、燒斷導線等電氣問題[35]。

李興凱等[36]研究華北地區(qū)導線覆冰問題發(fā)現(xiàn)，若相鄰的導線覆冰不均勻或一條線路中導線不同期脫冰，導線會產(chǎn)生張力差，從而損壞金具、導線和絕緣子，使得導線電氣間隙減小，發(fā)生閃絡，也有可能破壞桿塔。在風的作用下，質量分布不均的導線會產(chǎn)生自激振蕩和低頻率的舞動，從而造成金具損壞、導線斷股、斷線和桿塔傾斜或倒塌等事故。

3.3 其他機械故障

低溫條件下，風機中潤滑油黏稠度增加，流動性降低，風機液壓系統(tǒng)無法正常工作。對于剎車液壓系統(tǒng)，它使得剎車時間增長、振動增大，影響風機安全運行。潤滑效果減弱，摩擦增大，齒輪箱系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)內(nèi)部運行阻力增大，旋轉、摩擦產(chǎn)生的熱量無法正常釋放，這會使得齒輪磨損、系統(tǒng)受損[34]。

低溫條件下，部分電子、電氣元件無法工作，出現(xiàn)異常反應，傳感器異常會影響風電場信號采集。升壓站、監(jiān)控室以及其他電氣設備都會受到影響。

3.4 安全問題

Tammelin[37]研究指出風電場自身就有噪聲污染的問題，低溫冰凍條件下，風機運行受阻，噪聲污染增強。溫度升高后，風機和輸電線路上的覆冰、冰柱會脫落，周圍居民應注意安全，避免砸傷。道路結冰會影響風電場內(nèi)交通安全。

4 暴雨

根據(jù)規(guī)定，24 h降水量≥50 mm的強降雨稱為“暴雨”。暴雨主要影響對象是風電場內(nèi)的風電機組和道路房屋。暴雨對風電場的危害主要來自兩個方面，一是暴雨引發(fā)洪水、滑坡、泥石流等災害；二是雨水對風機性能的影響。

暴雨引發(fā)的洪水、泥石流是危害風電場的主要原因，整個風電場都會受到極大破壞。受地形影響，若風電場建設在地勢較低的區(qū)域，或是風電場內(nèi)排水、防洪措施不到位，風電場內(nèi)易形成內(nèi)澇，靠近地面的變壓器、升壓站等設備易被淹沒損壞。山區(qū)里，暴雨引發(fā)山洪，可能會沖毀風電場中風機、房屋、道路等設施，甚至一些風電場在建設過程中遭到山洪破壞，損失慘重。2017年7月14—15日，宜昌市五峰縣出現(xiàn)了較大范圍的強降雨，導致山洪暴發(fā)并誘發(fā)多處滑坡泥石流，對當?shù)氐姆课?、道路、電力和通信等設施產(chǎn)生較為嚴重的危害，在五峰和灣潭兩鎮(zhèn)建設的北風埡風電場，受到此次強降雨誘發(fā)的山洪地質災害的影響，使得2017年9月底首臺風機并網(wǎng)發(fā)電的計劃推遲[38]。

目前，關于雨水對風機葉片動力影響研究還比較少，相關研究集中在航空領域，研究雨水對機翼的影響。這些研究發(fā)現(xiàn)：雨水使機翼升力減少，阻力增加；在雨中，層流翼的性能損失比紊流的翼片更嚴重；當雨滴撞擊機翼時，部分雨滴被加速濺回空氣中，剩余雨滴在機翼表面形成了一層薄薄的水膜，這層水膜受之后的雨滴影響，表面形成“彈坑”，成為了一張不均勻的薄膜，機翼表面改變，增加了阻力[39]。與航空研究中得出的結論相似，Cai等[40]分析了一臺在雨天使用的水平渦輪機機翼的性能，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)AOAs（攻角）引入降雨時，升力會減少，阻力增加，導致升阻比降低。Alessio等[41]研究指出，如果葉片不受保護，風機葉片將會遭受雨蝕，尤其是酸雨的損壞，將會降低空氣動力性能，從而降低動力的產(chǎn)生。Wu等[39]利用NACA 0015 VAWT翼型研究發(fā)現(xiàn)，降雨條件下風機葉片升力系數(shù)和切向系數(shù)減?。▓D1、圖2）。

圖1 NACA 0015翼型振蕩運動狀態(tài)晴天雨天升力系數(shù)比較[39]Fig. 1 Lift coefficient comparison between the dry and rain conditions for NACA 0015 airfoil with oscillating motion

圖2 NACA 0015翼型振蕩運動狀態(tài)晴天雨天切向力系數(shù)比較[39]Fig. 2 Tangential force coefficient comparison between the dry and rain conditions for NACA 0015 airfoil with oscillating motion

5 沙塵暴

沙塵暴是指強風揚起地面沙塵，使空氣混濁，水平能見度小于1000 m 的風沙天氣現(xiàn)象。

沙塵暴破壞范圍大，造成的受災面積廣，對風電場內(nèi)各單元都有影響，其危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

5.1 沙塵暴伴隨大風

強沙塵暴發(fā)生時風力往往達8級以上，有時甚至可達12級，相當于臺風登陸的風力，強風可能會吹倒或拔起大樹、電桿，刮斷輸電線路，或是發(fā)生高壓線路短路和跳閘事故，毀壞建筑物和地面設施，造成人畜傷亡，破壞力極大。

根據(jù)2014年一篇相關報道[42]，沙塵暴會對土壤造成不同程度的刮蝕，每次的風蝕深度可達1～10 cm；當遇到背風凹洼的地形或障礙物時，隨風而至的大量沙塵又會造成沙埋，嚴重的沙埋深度可達1 m以上。若風電場建在迎風坡或地勢較高的地區(qū)，沙塵暴來襲對土地的刮蝕，影響塔基穩(wěn)定，在背風坡或地勢低洼的地區(qū)，其沙埋作用又可使塔架的高度發(fā)生變化，影響風能吸收和轉換。

5.2 沙塵暴揚起沙塵

大風夾帶的砂礫不僅會使葉片表面嚴重磨損，甚至會造成葉面凹凸不平，破壞葉片的強度和韌性，影響風電機組運行[32]。若砂礫較大，還會直接破壞風機和房屋設備；大量沙塵使能見度降低，不利于交通安全；高塵沙濃度、強風沙流速的沙塵可能引起電力設備外絕緣閃絡，應提前做好防護措施。

風機葉片上的沙塵應及時清理，除了沙塵暴侵襲，日常的揚塵積灰對風機葉片正常運行也有影響。研究表明，由于沙塵積累，葉片阻力增大，升力減小，降低風機的功率輸出。

G. Khalfallah等[43]在2007年利用Nordtank 300 kW風力機，研究在1 d、1周、1個月、3個月、6個月、9個月不同工況下粉塵對功率曲線的影響（圖3），在不清洗葉片的情況下，隨著運行周期的增加，風電機組輸出功率的損失也隨之增大。揚塵還會危害場內(nèi)工作人員的身體健康。

圖3 在不同運行周期條件下粉塵對風機輸出功率的影響[43]Fig. 3 Effect of dust for various operation periods on the power curve of turbine

6 高溫

氣象上將日最高氣溫＞35 ℃定義為高溫日，將日最高氣溫＞38 ℃稱為酷熱日。中國把連續(xù)數(shù)天（3 d以上）的高溫天氣過程稱之為高溫熱浪。高溫主要影響風電機組、集電線路、升壓站這幾個涉及電力系統(tǒng)的單元。

高溫會使電力線路超負荷，電力線路過載將威脅到電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行。線路可能頻繁跳閘，甚至造成變壓器過熱燒壞、損毀，引發(fā)主電力設備過載等故障，長時間處于高溫環(huán)境也會影響風機中各組件壽命?；袅值萚44]研究發(fā)現(xiàn)，如果遇到高溫天氣且電力線路超負荷而線路又老化，而電器設備又長期處于高溫運行狀態(tài)，易引發(fā)用電故障，甚至引發(fā)火災。

根據(jù)葉杭冶[45]研究，風電機組保持較高功率運行時，齒輪箱、發(fā)電機、變壓器、變頻器等機械和電氣部件產(chǎn)生較大熱量，而發(fā)電機、齒輪箱、IGBT等主要部件又處于相對封閉的狹小的機艙內(nèi)或塔底平臺上，產(chǎn)生的熱量不能順利排出，使機艙內(nèi)溫度升高，加之環(huán)境溫度較高，部件過熱可能出現(xiàn)故障。高溫影響到風電機組部件運行的安全性，所以風電機組只能限功率運行，甚至停機，影響到風電場投資的經(jīng)濟性。目前風電場針對高溫災害設計出一些抗高溫型機組，例如任朝陽等[46]通過改善風機的通風系統(tǒng)和散熱性能，設計了出了滿足外界溫度45 ℃，機艙內(nèi)部不超過50 ℃的抗高溫型機組。

7 氣象次生災害

氣象次生、衍生災害，是指因氣象因素引起的山體滑坡、泥石流、風暴潮、火災、酸雨、空氣污染等災害。下文論述臺風、暴雨、高溫這些氣象災害引發(fā)的滑坡、泥石流、火災次生災害。

7.1 滑坡泥石流

風電場所遭受的次生災害主要是由臺風、暴雨天氣帶來的。風電場內(nèi)設施受到洪水長時間的沖刷、浸泡，待臺風、洪水退去后，發(fā)生房屋、橋梁坍塌或者誘發(fā)山體滑坡、泥石流，造成破壞，這是臺風帶來的次生災害。在山區(qū)，暴雨天氣可能引發(fā)滑坡、泥石流等次生災害。

以泥石流為例。泥石流的發(fā)生有主要條件：物源條件，物源區(qū)土石體的分布、類型、結構等，它與當?shù)氐貙訋r性相關；水源條件，水是泥石流的組成部分，也是松散固體物質的搬運介質，雨水往往是主要來源；地形地貌條件，它能為泥石流的發(fā)生、發(fā)展提供位（勢）能及匯聚足夠的水和土石[47-48]。臺風或是暴雨天氣發(fā)生后物源變得松散，提供水源，有時甚至改變地貌（侵蝕掏空），從而誘發(fā)泥石流這一次生災害發(fā)生。滑坡、泥石流沖毀房屋、破壞交通，對風電場安全運營帶來危害。

7.2 山林草原火災

長期的高溫干旱天氣會引發(fā)山林或草原火災。修建在山區(qū)、草原的風電場應注意防火。一般風力發(fā)電機組安裝檢修場地均采取了平整措施，安裝檢修場地上無植被，升壓站周圍有水泥硬化道路，可起到阻火作用。但若后期運行維護不當，可能會有灌木、雜草等生長，周邊山林發(fā)生山火就可以蔓延到風力發(fā)電機組處，威脅風力發(fā)電機組、箱式變壓器的安全；若火勢較大可能影響升壓站內(nèi)的設備設施，威脅運行人員人身安全，破壞當?shù)厣鷳B(tài)。

8 氣象災害對風電場各劃分單元影響程度和類型

總結上文論述，分析得到氣象災害在風電場內(nèi)的重點破壞單元，各氣象災害對風電場的危害程度，見表1（打勾說明該單元會受到對應氣象災害破壞）?？梢园l(fā)現(xiàn)，臺風、大風、沙塵暴、低溫冰凍、暴雨、次生災害這些氣象災害破壞范圍大，影響時間長，對風電場各單元安全都有威脅；雷電對道路影響較小，對其他單元，特別是電力設備危害較大；高溫對風電場的影響相對較小，主要損害風電機組、集電線路和升壓站。不同地區(qū)風電場受到的氣象災害不同，同一氣象災害，災害大小亦有不同，后期將繼續(xù)調(diào)查研究，提供更加準確的影響分析。

表1 氣象災害對風電場內(nèi)各劃分單元影響情況Table 1 The influence of meteorological disaster on each partition unit in wind farm

氣象災害對風電場的影響可以分成安全類影響、效益類影響、生態(tài)類影響這3類。

安全類影響指該氣象災害對風電場人員安全危害和設備故障損毀。例如風機倒塌、輸電線路折斷、升壓站設備故障、建筑道路毀壞、工作人員受傷等，本文論述的氣象災害對風電場均會產(chǎn)生安全類影響。

效益類影響指設備不會大面積損毀，但工作效率降低。覆冰、沙塵、雨水會使風機輸出功率降低，高溫天氣為保證設備安全低功率運行。

生態(tài)類影響指氣象災害破壞風電場周圍生態(tài)環(huán)境。臺風、雷電、高溫可能引發(fā)火災，暴雨、次生災害（滑坡、泥石流）會造成水土流失。

9 小結

隨著全球對新能源，特別是風能的需求日益增加，在風電場的選址、建設、運營各個階段都需要考慮氣象災害問題。本文主要討論臺風、大風、雷暴、低溫冰凍、暴雨、沙塵暴、高溫以及誘發(fā)的次生災害對風電場的影響。臺風主要考慮葉片出現(xiàn)裂紋或被撕裂，風向儀、尾翼等設備被吹毀，偏航系統(tǒng)受損等機械破壞問題，除了臺風，其他大風災害（龍卷風、寒潮大風等）也會危害風電場安全；雷電主要是直擊雷引起的熱效應、機械效應和沖擊波對葉片和內(nèi)部結構造成的危害，電磁感應、電磁脈沖造成的間接危害，電火花可能引發(fā)火災；低溫冰凍導致長時間停機造成發(fā)電量損失，覆冰對風電場表現(xiàn)在可能對葉片、導線等其他設備造成危害，低溫使?jié)櫥宛こ碛绊懺O備運行，影響電子元件性能，積冰掉落引發(fā)安全問題；暴雨誘發(fā)山洪，沖毀風電場內(nèi)建筑和道路，引發(fā)內(nèi)澇淹沒地面設備，雨水會侵蝕葉片、阻礙葉片運行；沙塵暴主要影響在于大風破壞和沙塵撞擊葉片等敏感設備，沙塵積累在葉片，使得風機功率輸出降低；高溫要注意電子設備安全，防止產(chǎn)生火災、爆炸，注意工作人員安全。一次災害發(fā)生后還要繼續(xù)關注次生災害的發(fā)生，注意臺風、暴雨引起的滑坡、泥石流，以及高溫干旱引發(fā)山林草原火災等次生災害危害風電場。

結合表1可以得到氣象災害對風電場內(nèi)各劃分單元影響情況，雷電和高溫災害對風電場內(nèi)建筑、道路這兩個單元影響較小，其他氣象災害對風電場內(nèi)各劃分單元都有影響，影響程度與風電場自身建設和災害具體情況有關，需要進一步研究。

氣象災害對風電場均會產(chǎn)生安全類影響；低溫冰凍、暴雨、沙塵暴、高溫會產(chǎn)生效益類影響；臺風、雷電、暴雨、氣象次生災害會產(chǎn)生生態(tài)類影響。