破解風電機組防雷的桎梏

　　2011年6月9日，國家電網報《產經周刊》刊登了風機防雷問題的新聞調查。報道刊出后，參與調查的編輯、記者陸續收到各方面反饋，電網企業的工程技術人員認為需要高度重視風機防雷和防火工作，氣象部門提出要從技術和法規層面規范風機防雷……在風電技術新標準出臺之際，我們再次呼吁：請重視風機防雷。
　　來自國家能源局的最新統計數據顯示，截至2010年年底，我國新增風電裝機1600萬千瓦，累計裝機容量達到4182.7萬千瓦，均居世界前列。
　　在這種大好形勢下，有關專家指出，我國的風力發電機組防雷存在隱患。
　　風電機組緣何易遭雷擊
　　我國紅海灣風電場建成投產至今發生了多次雷擊事件。據統計，葉片被擊中率達4%，其他電器元件被擊中率更高達20%。被譽為“中國風電開發的先鋒”的粵東南澳島，幾乎年年都發生雷擊事件。
　　“雖然針對風力發電機的防雷已有一套嚴格的技術，但是，當遭遇直擊雷時，風力發電機組只能‘束手就擒’。目前，風電部門防范直擊雷的難度很大，成本也很高。”中國水電工程顧問集團公司新能源處處長易躍春告訴我們。
　　風力發電機組在露天環境下工作，難免受到自然災害的影響。現代科學技術迅猛發展，風力發電機組的單機容量越來越大，一臺現代風力發電機的發電能力是20年前的100倍。為了吸收更多能量，輪轂高度和葉輪直徑隨著增高，雷擊風險也隨之增加。
　　著名防雷專家關象石認為，風力發電機身處雷擊困境有三個原因：風力發電機組大，一般處于海岸、丘陵、山脊乃至海面上，周圍少有障礙物，恰是易遭雷擊的地方；為了捕捉更多的風能，風力發電機組一般都設置在高于周邊的制高點，更易吸引雷電；上行雷威脅風力發電機組會對雷云產生向上的先導閃擊，“主動迎接”雷閃。
　　細數雷擊“三宗罪”
　　根據人們對雷電的普遍認識，下方有良好的接地裝置，上方有能夠攔截雷閃的金屬物，上下之間有引下雷電的導體，便具有防雷作用。
　　但由于風力發電機組尺寸大，現在最普遍的防雷方式避雷針在它面前也無能為力。防雷系統必須與風力發電機組的各個部分聯成整體，在不干擾系統運行的前提下，將雷電流從雷擊點安全導入大地。正是由于風力發電機組的這些特殊性，造成了雷擊對于風力發電機組的“三宗罪”。
　　第一宗當屬“葉片”。關象石解釋說，風力發電機組的葉片是雷擊的第一目標，也是風力發電機組防雷的一大難點。典型的風力發電機組有兩、三片葉片，直徑可達100米，葉片旋轉時距離地面的高度超過100米。現在的葉片為了減輕重量普遍采用絕緣復合材料作為載荷部件，如玻璃纖維增強塑料、木材層壓板等，這種材料不能傳導雷電流，非常容易因雷擊損壞。據悉，按雷擊后需要對葉片進行更換的成本計算，更換一臺機組葉片的吊裝費用是100萬元人民幣左右，葉片成本約30萬至40萬元，累積全部費用，更換一臺機組中的一個葉片的直接費用就需150萬元，更不要說更換期間發電量的損失。
　　第二宗，風力發電機組的控制系統。當風力發電機組遭受雷擊時，即使葉片沒有受損，雷電也有可能通過風力發電機組的電子信號傳輸線和電力傳輸線進入“中樞神經”，即風機中最敏感、最“嬌貴”的部位——控制系統。從德國和丹麥獲得的風力發電機組各個部位受雷擊統計數據顯示，在兩國所有報告的雷擊事件中，雷電引起的控制系統損毀高達40%至50%。
　　第三宗，就是雷閃會影響電能的質量。現在因風力發電儲能技術沒有突破性進展，且不能平穩輸出電能，已經有人將風電稱為“垃圾電”，究其原因，其中之一就是，雷電導致風力發電的電流和電壓不穩定。
　　從技術和法規層面