南海湿热海上风电机组环境条件研究

2023-10-23尧瑶韦桥斌曾东赵钺

环境技术 2023年8期

尧瑶，韦桥斌，曾东，赵钺

（1.广东省风力发电有限公司，广州 510630； 2.中国电器科学研究院股份有限公司，广州 510663）

引言

风力发电作为新能源相比传统能源具有环境友好、降低碳排放等优点，随着陆上风电装机逐渐饱和，逐渐向海上发展，近十多年南海海上风电已取得长足发展[1]。风电机组在海上会受到高温、高湿、盐雾、台风、雷电等环境因素影响[2-4]。有必要对风机的环境条件进行实时监测，充分评估环境对机组运行的影响，从而可以及时采取措施减少或消除不利于风电机组安全运行的不利因素。

本文对某南海湿热海域风电机组开展环境适应性测试评价工作[5,6]，包括海盐粒子浓度分析、温湿度分析、电气腐蚀环境腐蚀性分析、风电机组结构件涂层评价分析等。

1 环境条件监测方案

1）温湿度监测

在海上风电机组典型位置进行温湿度监测，包括塔基内外部、塔基主控柜、变流器主控柜、机舱内外、机舱主控柜、发电机表面、轮毂内、轮毂控制柜、机舱外、偏航等位置，试验周期为12个月。

2）氯离子沉降监测

在海上风电机组塔基内外、机舱内外等位置开展氯离子沉降监测，每3个月取样一次。机舱外部及塔基外部盐雾粒子采集滤膜放置在户外环境测试百叶箱中，安装示意图见表1。

表1 盐雾沉降滤膜安装示意图

表2 以氯化物为代表的空气中盐类污染物分类

3）大气中氯离子浓度监测

根据国标GB/T10593.2-2012相关规定，在风电机组塔基内外、机舱内外等位置采集大气中的氯离子，采集体积36 L，采集的吸收液使用专业氯离子分析仪进行分析。

4）电气设备腐蚀环境监测

风电机组电气设备在海上高温、高湿、盐雾等环境因素作用下会导致腐蚀和老化以及电气性能下降。参考标准ISA-71.04-2013《过程测量和控制系统环境条件：空气中的污染物》，采用高精度纯Cu腐蚀表征片对关键电气设备微环境进行腐蚀监测，安装位置包括塔基内部、塔基外部、塔基控制柜、变流器柜、机舱内部、机舱主控制柜、发电机表面、轮毂内、轮毂控制柜、机舱外、偏航等。

5）塔筒涂层性能测试

对风电机组塔筒内外涂层进行性能测试，包括涂层厚度、颜色、外观变化检查、阻抗测试等，测试评价周期为1年。

2 试验结果及讨论

1）温湿度

根据温湿度统计结果绘制时间变化曲线，见图1～8。

图1 每月最高温度变化曲线图

图2 每月平均温度变化曲线图

图3 温度超过40 ℃时间

图4 温度变化率≥5 ℃/h时间

图1～4是风机不同位置温度变化曲线。7～9月各监测点温度处于最高水平，各控制柜、发电机等位置温度相对较高，塔基控制柜最高温度接近50 ℃；轮毂控制柜高温时间（超过40 ℃）最长，8月份接近600 h；变流器控制柜温度变化率最高；塔基外、机舱外等户外监测点温度明显低于风机内部。

图5～8是风机不同位置湿度变化曲线。除轮毂控制柜外，6月、10月风电机组内部各监测点的湿度相对较高，湿度超过60 %的时间较长；6月部分区域最高湿度超过90 %，可结合机组运行状况进行综合分析；塔基控制柜湿度变化率明显高于风机内部其他位置；塔基外、机舱外等户外监测点湿度及湿度变化率远高于风机内部。

图5 每月最高湿度变化曲线图

图6 每月平均湿度变化曲线图

图7 湿度超过60 %时间

图8 湿度变化率超过6 %/时间

综上，6～10月风机内部处于高温高湿环境中。电气设备在高温下运行可能会影响风机发现效率，轮毂控制柜、机舱控制柜、塔基控制柜超过40 ℃时间较长，可加强或改进散热装置。湿度超过60 %或湿度变化率超过6 %时，会加剧电气设备腐蚀或受潮的发生，对风机运行造成不利影响。6月、10月部分监测点相对湿度超过60 %的时间较长，部分区域6月最高相对湿度超过90 %，应注意加强除湿。

2）海盐粒子沉降量

采用离线式挂膜采样分析法，参考标准GB/T 10593.2-2012对盐粒子含量进行分析，结果见图9。