姜禹含,李昕龍,左秀江,王大威
(1.蒙東協(xié)合新能源有限公司,內(nèi)蒙古 通遼 028000;2.國家電投集團內(nèi)蒙古能源有限公司,內(nèi)蒙古 通遼 028000)
隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展,對電力的需求不斷增大,但是傳統(tǒng)的發(fā)電方式不僅不能滿足不斷增長的電力需求,并且在環(huán)境危機日益嚴重、環(huán)保意識不斷提高的今天也無法滿足環(huán)保要求。并且隨著煤礦、石油這些不可再生的資源的開采不斷增加,全球的工業(yè)規(guī)模擴大,對能源的消耗也不斷增大,能源危機日益嚴峻。在這樣的條件與背景之下,風能發(fā)電因其清潔、可再生等優(yōu)勢特點,在世界范圍內(nèi)的電力發(fā)展與能源危機環(huán)節(jié)中扮演中重要的角色,并且其重要性還可能在未來的發(fā)展過程中不斷加強。但是隨著而來的是嚴峻的風電場火災(zāi)問題,風電場的火災(zāi)的頻繁發(fā)生,不僅會導(dǎo)致風電場遭受巨大的經(jīng)濟損失,還會由于供電不足或停止,影響到更為廣泛的居民,造成巨大而廣泛的不良影響,還會嚴重阻礙我國風電事業(yè)的發(fā)展與進步。并且由于風電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,零件復(fù)雜且造價高昂,火災(zāi)發(fā)生后難以及時處理[1]。并且由于我國風電行業(yè)起步較晚,風電場配備的消防裝置較為傳統(tǒng)落后,難以滿足風電場的消防要求,難以做到對火災(zāi)的及時預(yù)警與及時反應(yīng)。安裝智慧消防系統(tǒng),有助于實現(xiàn)對風電場的及時監(jiān)控與火災(zāi)預(yù)警,及時對火災(zāi)的發(fā)生選取相應(yīng)的解決措施,減少火災(zāi)的發(fā)生,減少風電場的經(jīng)濟損失,實現(xiàn)對風電場的經(jīng)濟利益的維護,保障該地區(qū)的供電穩(wěn)定。
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)保意識的加強,風能發(fā)揮著越來越重要的地位,風電在國內(nèi)供電體系中所占的比例也越來越高,風能發(fā)電因其清潔和可再生的優(yōu)勢成為世界緩解能源危機的重要發(fā)展方向。自21 世紀初,我國頒布了《中華人民共和國可再生能源法》,自本能源法頒布以來,我國風能資源的開發(fā)和發(fā)展不斷擴大。僅2006—2009 年,這四年每年我國的風電累積裝電量的增長率都達到了一倍以上,并且仍需保持良好、快速的發(fā)展趨勢。根據(jù)我國相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,到2012年,我國的新增的風電機裝機量接近8000 臺,并且這個數(shù)據(jù)還不包括臺灣地區(qū),年增長率超過了20%,我國的裝機量長期持續(xù)保持增長率世界第一。根據(jù)我國的有關(guān)于新能源的相關(guān)規(guī)劃,預(yù)計在2015 年我國的風電裝機要達到1 億kW,全年的發(fā)電量要接近2000 億kW·h。在我國的風電裝機中,海上風電機占據(jù)了極大的比例,并且給發(fā)展較為迅速,目前已經(jīng)形成了相對完整的行業(yè)體系,在風電裝備的制造行業(yè)中具備了一定的國際競爭力。截至2020 年,我國的風電裝機量已經(jīng)達到了2億kW,年發(fā)電量接近4000 億kW·h,僅海上風電裝機量就占據(jù)了15%,這些數(shù)據(jù)直觀的展現(xiàn)了風電在我國電力系統(tǒng)中的重要地位和發(fā)展前景[2]。目前我國主要的風電機以1.5MW 和2MW 為主要型號,新型號,更高性能的風電機組也在投入試驗和不斷研發(fā)中,目前我國在風電機行業(yè)飛速發(fā)展,吸引來了全世界各國的風電機前沿公司,在我國境內(nèi)投入資金、開辦工廠。
雷擊是最容易引起風電場發(fā)電機組火災(zāi)的原因。通過對近幾年國內(nèi)外的風電機火災(zāi)的事故原因進行搜集與整理可以發(fā)現(xiàn),雷擊不僅是引起風電場火災(zāi)的重要原因之一,并且雷擊導(dǎo)致的火災(zāi)風險率還在不斷上升。在風電機的實際運作過程中,如果風電機組沒有安裝相應(yīng)的避雷措施,或者避雷裝置安裝不合理,導(dǎo)致了避雷裝置沒有產(chǎn)生作用,就有可能導(dǎo)致風電機組的發(fā)生火災(zāi)。對于在野外矗立,沒有遮擋物,并且高度極高的風力發(fā)電裝置而言,雷擊是無法避免的,因此雷擊極易成為風電廠的火災(zāi)起因。
電氣設(shè)備安裝不當也是一個導(dǎo)致風電機起火的重要原因之一。在對風電機進行安裝的過程中,由于工作人員的疏忽或者是錯誤,導(dǎo)致風電機在安裝過程中產(chǎn)生技術(shù)性錯誤或者是導(dǎo)致風電機的組成部分、零件安裝不當,就有可能導(dǎo)致風電機內(nèi)部出現(xiàn)接觸不良,進而可能導(dǎo)致電路短路,還有可能導(dǎo)致過載保護裝置失效等一系列風電機的內(nèi)部問題,同樣可能會導(dǎo)致風電機起火,造成火災(zāi),引發(fā)嚴重的后果。
在風電機運行過程中,變速箱和機械制動裝置都會在運行過程中產(chǎn)生大量的熱量,導(dǎo)致裝置的表面的溫度升高到一個比較高的溫度,當這個裝置表面接觸到可燃物就有可能引發(fā)火災(zāi)。并且在風電機的內(nèi)部裝置運行過程中還有可能產(chǎn)生火花,這些火花飛濺出去,如果周圍存在易燃物,同樣可能導(dǎo)致起火,造成火災(zāi)。
風電機的葉片內(nèi)部的變槳電機可能出現(xiàn)故障或者是其他葉片內(nèi)部的障礙和問題,導(dǎo)致順槳失敗,風電機內(nèi)部的空氣制動失去作用和效果,就可能引起風電機組的高速飛車。在發(fā)生高速風車的情況的時候,輪轂會開始高速的運轉(zhuǎn),導(dǎo)致劇烈的摩擦,會在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量,就有可能影響輪轂中的可燃物。變速箱的高速運轉(zhuǎn)就有可能導(dǎo)致電機滑環(huán)造成毀壞,最終導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)生起火的情況。如果在面對這這種緊急情況的時候,如果積極性機械制動,就有可能導(dǎo)致大量的火花,這些的火花導(dǎo)致飛濺就有可能引燃附近的油污以及其他可能存在的可燃物。在高速飛車發(fā)生的時候,還有可能導(dǎo)致機艙和塔體的共振,最終導(dǎo)致整個風電機裝置的倒塌。
風電機內(nèi)部需要大量的液壓油和潤滑油保障內(nèi)部的平穩(wěn)運行,但是對于這些油需要進行及時的清理和定期的檢查,保障油污的積存不至于對其他部分的零件造成嚴重的污染,最終影響整個風電機的運行,并且這些油污極其易燃,可能會被內(nèi)部任何一個部分產(chǎn)生的細小火花引燃,最終釀成一場火災(zāi)。并且由于這些油污的存在還及容易促進火災(zāi)態(tài)勢的擴大,還有因為油污引起的火災(zāi)區(qū)別于其他易燃物引起的火災(zāi),會進一步加大滅火的難度,增加消防的工作量,造成更為嚴重的經(jīng)濟損失。
風電場區(qū)別于其他消防系統(tǒng)的應(yīng)用場景,具有自身的獨特性,在進行對風電場的智慧消防系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)需要著眼于風電場的實際需求,進行有針對性的開發(fā)設(shè)計與應(yīng)用,在一方面要注重消防設(shè)備的選擇,需要消防器械使用風電場的特殊環(huán)境,另一方面也要注重系統(tǒng)的集成優(yōu)化情況,解決相應(yīng)的技術(shù)問題[3]。主要需要著重解決以下3 個方面的問題。
(1)火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)備的選擇。在這一方面,感溫電纜、吸氣式感煙探測器在進行相應(yīng)的防火處理和其他一系列的保護措施之后,能夠適應(yīng)風電場的火災(zāi)報警的需求,做到對火災(zāi)發(fā)生情況進行及時的預(yù)警。圖像型的火災(zāi)報警系統(tǒng)可以在對風電場進行監(jiān)控的同時進行火災(zāi)的報警工作,能夠極大減輕工作人員的負擔。
(2)滅火系統(tǒng)的選擇。滅火系統(tǒng)的選擇一定要保障能夠適應(yīng)風電場的特殊環(huán)境,尤其是南北方不同季節(jié)內(nèi)較為極端的氣溫對于該系統(tǒng)的運行的影響,要保障滅火系統(tǒng)能夠在極短的氣溫下,還能夠做到對于火災(zāi)的及時反應(yīng)。同時還要考慮器械和空間之間的大小關(guān)系,確保滅火器械的順利運行。
(3)滅火藥劑的選擇。對滅火藥劑的選擇要在一方面滿足風電場的特殊環(huán)境,確保滅火藥劑能在風電場依舊發(fā)揮較好的滅火效果,同時在另一方面,由于風電機設(shè)備的造價高昂,所以需要減少滅火藥劑對于風電機設(shè)備的損害,并且要盡可能的減少對環(huán)境的污染[4]。
風電場的智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)是要保障在無人的情況下,實現(xiàn)對風電場進行火災(zāi)檢測,需要系統(tǒng)實現(xiàn)自動的消防隱患識別,并且在發(fā)現(xiàn)消防隱患的時候及時的采用相應(yīng)的措施實現(xiàn)及時的處理,從而實現(xiàn)對風電場發(fā)生火災(zāi)的概率進行減少,或者實現(xiàn)對火災(zāi)規(guī)模的及時控制,減少風電場的經(jīng)濟損失。要實現(xiàn)這樣的智慧系統(tǒng)的構(gòu)建,就需要針對火災(zāi)探測、火災(zāi)預(yù)警、火災(zāi)撲滅3 個部分進行智慧化設(shè)計。在這個系統(tǒng)中的火災(zāi)預(yù)測和預(yù)警系統(tǒng)都主要安裝在葉輪、機艙、塔架等容易因為種種原因發(fā)生起火的部位,對這些部分進行長期、持續(xù)的監(jiān)控,并對其內(nèi)部環(huán)境進行持續(xù)的檢測,檢測的主要項目有風電機內(nèi)部的煙霧、溫度等,通過對這些結(jié)果進行統(tǒng)計與分析,實現(xiàn)對風電機內(nèi)部是否起火實現(xiàn)判斷[5]。并且還要將報警系統(tǒng)與滅火系統(tǒng)進行聯(lián)系,當報警系統(tǒng)檢測到風電機內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時,通過信息數(shù)據(jù)的傳輸,促使滅火系統(tǒng)及時反應(yīng),對風電機的火災(zāi)情況實現(xiàn)控制。加強這風格環(huán)節(jié)的數(shù)字化管理能夠極大的優(yōu)化風電智慧消防系統(tǒng),通過數(shù)字化手段能夠促使檢測、預(yù)警裝置更加敏銳,能更加智能化的對環(huán)境進行判斷,能夠避免對火災(zāi)情況的誤判。并且在智慧系統(tǒng)中加入數(shù)字化管理手段,還有助于加強預(yù)警系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)之間的聯(lián)系,實現(xiàn)信息更加暢通的交流,減少預(yù)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)到滅火系統(tǒng)做出反應(yīng)之間存在的時間誤差,促進滅火系統(tǒng)能夠更加及時對風電機的火災(zāi)情況進行處理,更加及時的控制火勢,減少火災(zāi)造成的風電場的經(jīng)濟損失。通過現(xiàn)代化數(shù)字手段參與風電場智慧消防系統(tǒng)的構(gòu)建,還能夠極大的減少工作人員的工作負擔。風電機組消防控制系統(tǒng)的基本要求如圖1 所示。
圖1 風電機組消防控制系統(tǒng)的基本要求
風電場的智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)還有助于優(yōu)化風電場設(shè)備和對風電場進行相應(yīng)的巡檢。電氣設(shè)備安裝不當?shù)韧瑯邮秋L電場發(fā)生火災(zāi)的重要原因之一,通過風電場的智慧消防數(shù)字管理系統(tǒng),能夠通過現(xiàn)代化的數(shù)字手段,實現(xiàn)對風電機裝機設(shè)備進行預(yù)先分析,通過對整個風電機系統(tǒng)的進行詳細的規(guī)劃與分析,能夠得到更優(yōu)的裝配方案,通過對風電機設(shè)備的選擇,加強對設(shè)備安裝過程中的監(jiān)控能夠有效的減少火災(zāi)發(fā)生的安全隱患。同時,為了避免和減少火災(zāi)的發(fā)生,還需要對風電機設(shè)備進行定時巡檢,通過巡檢風電機的部分與零件,進行及時的維護、維修與更換,能夠在最大程度上維護風電機的運行安全,保障房風電機的長期持續(xù)運行,能夠減少火災(zāi)隱患,避免火災(zāi)的發(fā)生。引入智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)能夠有效的對巡檢進行更加科學(xué)、合理的安排,能夠優(yōu)化巡檢過程和巡檢頻率,能夠在最大程度上對風電機的火災(zāi)隱患進行排除,能夠減少火災(zāi)的發(fā)生的可能性。
風電機的內(nèi)部需要用到大量的潤滑油、液壓油等油脂來保障風電機的平穩(wěn)運行,并且這部分油脂本身具有易燃的特性,是風電機發(fā)生火災(zāi)的重要燃料,因此必須實現(xiàn)對風電機內(nèi)部油脂的控制與清除。引入智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng),能夠加強對風電機內(nèi)部油脂的控制。智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)能夠通過火災(zāi)檢測裝置,同時實現(xiàn)對油脂情況進行檢測,并且通過巡檢工作實現(xiàn)對油脂的定期清理,智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)能夠針對油脂的控制設(shè)置一條完整的控制和管理措施,加強對油脂的管理,減少火災(zāi)發(fā)生的燃燒物,減少火災(zāi)發(fā)生的可能性,也可以縮小火災(zāi)的發(fā)生規(guī)模,減少火災(zāi)造成的經(jīng)濟損失。
隨著我國風電和風電機行業(yè)的發(fā)展而來的,是應(yīng)該加強對風電場的管理與風電機可靠性的重視程度。因為我國的風電行業(yè)發(fā)展時間極短,在極短的時間內(nèi)大批的風電機產(chǎn)品投入生產(chǎn)和實際運用,安全事故時有發(fā)生,風電機的質(zhì)量安全性成為行業(yè)發(fā)展需要解決的重要問題。在我國近年來發(fā)生的風電場的安全事故中最主要的事故類型就是火災(zāi),并且火災(zāi)是影響范圍和嚴重程度都最大的事故類型,對風電場造成了十分嚴重的經(jīng)濟損失。比鞥且隨著風電機投入使用,機器零件逐漸發(fā)生磨損,就進一步提升了發(fā)生故障的概率,也進一步提高了火災(zāi)發(fā)生的可能性。由于風電場發(fā)電量對于我國的供電量的重要貢獻,因此就必須通過智慧消防系統(tǒng)對風電場實現(xiàn)全方位的管理與監(jiān)控,避免和減少風電場的火災(zāi)發(fā)生概率。