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7.3 风电场气象灾害预警

影响风电场运行的灾害天气预报预警服务是电力系统的安全运行的重要支撑,风电设备在气象灾害面前具有一定的脆弱性,风电场及输电线路普遍设置在空旷的自然环境中,台风、低温、雷电、覆冰等灾害性天气都会对风电场及电网安全造成影响,这不仅会损坏风电设备,还会冲击电网安全。这就给气象服务风电提供了良好的契机,我国气象部门在气象风险评价、气象灾害预报预警等方面开展了大量的工作。

中国气象局公共气象服务中心依托数值预报模式系统组织研发的风电功率预报系统已经投入业务化运行,该系统功能齐全,具备风电场气象预报和影响风电场运行的灾害天气预报预警服务等功能,可为风电顺利并入电网和电力系统的安全运行提供气象预报服务支撑。

7.3.1 风电场气象灾害预警的内容

对可能影响风电场建设和运行的气象灾害(台风、雷电、大风、结冰、低温)进行监测和预警,可以帮助电网部门和风电企业科学地规避气象灾害风险。

一、台风

指形成于热带或副热带温度在26℃以上广阔海面上的热带气旋。世界气象组织定义:中心持续风速在12级至13级(即每秒32.7米至41.4米)的热带气旋为台风(typhoon)或飓风(hurricane)。

每年的夏秋季节,我国毗邻的西北太平洋上会生成不少名为台风的猛烈风暴,有的消散于海上,有的则登上陆地,带来的狂风暴雨,会摧折风机的浆叶和塔筒,是风电场运营自然灾害的一种。

二、雷电

电压高于最大设计电压是风力发电系统的主要危险。这种过电压由外部事件诱发或者由内部故障引起。在并网和独立发电系统中,引起过电压的外部原因主要是大气雷电放电。雷电是一种强烈的大气放电现象,对人类的生活和生产活动造成巨大影响。风力发电系统中的风电机组都是安装在野外空旷处,因此,风电机组和电缆很容易遭受雷电的闪击。

三、大风

风电场主要是利用风能资源发电。当局地风速在3~20m/s之间时,是可以利用的资源,而超过20m/s之后就变为灾害,这种灾害会象台风一样对风电场造成巨大伤害。局地龙卷风就是其中的特例。

四、结冰

当天气状况达到结冰条件时,会在风电机组外层结冰,轻时会影响风电机组发电,重时会折断浆叶,严重损坏风电机组。

五、低温

我国三北地区地处高寒,正常年份,每年的十一月初就有降雪天气出现。在寒冷的气温下,风电机组的发电性能会受到很大影响。除研发抗低温技术外,低温的预测预警也是风电机组正常运行的必要保证。

六、其他气象灾害

还有其他的气象灾害比如冰雹、大暴雨都会对风电场造成损坏,甚至影响设备的使用寿命。

7.3.2风电场气象灾害预警的方法

鉴于上节所述,影响风电场运行的气象灾害很多。我国气象部门对这些灾害历史上发生、演变情况,灾害的时空分布情况,以及灾害的强弱情况都有较深入的研究。并编制了灾害预警规范或标准,对各类灾害可能发生的强度进行了定量化分级,建立了灾害预警工作流程等。仅就对风电场的气象灾害预警工作来讲,应注重以下几方面工作。

一、灾害评估

气象灾害评估是气象部门的重要工作内容之一,各地气象部门在做灾害评估时,要对风电场运行有影响的气象灾害作详细分析,以便了解和掌握本地气象灾害种类、发生的主要时段、灾害强度和影响的大小等。

二、灾前预警

通过卫星、雷达、气象站的实时监测及天气预报结果、相关的数值预报产品,在气象灾害发生之前,用互联网、电话、短信、微博、微信等方式,及时为风电场发布灾害预警信息,以增强企业应对灾害的主动性,有效避免或减少气象灾害造成的损失。

三、灾中跟踪

在灾害发展过程中,要时刻关注天气形势转变情况,研究气象灾害已经产生的影响和未来变化趋势,为风电企业提供灾害影响和发展趋势的跟踪服务。一旦确定灾害结束,应立即通知风电企业,以便他们尽快恢复生产,减少灾害损失。

四、灾后总结

灾害过后,应尽快对灾害的发生、发展、强度和影响情况作认真的调查和总结,做好个例积累,以便为预警技术更新和改进做好实例储备工作。

7.3.3风电场气象灾害预警的组织和实施

风电场气象灾害预警服务由中国气象局负责统筹管理,各省气象局负责本区域的具体服务工作。技术层面有中国气象局公共气象服务中心提供技术支持,各省气象服务部门负责具体实施。对于各省气象服务部门来讲,要做好以下仅方面工作:

强化风电场气象灾害监测预报预警工作。加强关键性、转折性、灾害性天气和极端气候事件预报预警和实时监测分析,做好冷暖等气候趋势预测,重点加强台风、雷暴、大风、结冰、低温等气象灾害的中短期精细化预报服务和雷电、龙卷风、冰雹等强对流天气的短时临近预报服务。建立和完善跨地区跨部门联动、区域流域联防的气象灾害监测预防体系,重点做好风电场防御薄弱区域的监测预警。

加强风电场气象灾害预报预警信息发布规范管理。完善风电场气象灾害预报预警信息发布制度。充分利用已有资源,完善预报预警信息发布手段,积极拓宽预报预警信息传播渠道,加快推进预报预警信息发布系统建设,拓宽预报预警信息的覆盖面,提高预报预警信息的有效性和时效性。形成省、地(市)、县相互衔接、规范统一的预报预警信息发布体系。

加强风电场气象灾害风险管理。深入推进气象灾害风险普查,重点加强地形复杂、灾害频发、风电场密集区域等高风险区的气象灾害隐患排查,完善气象灾害风险管理数据库,开展气象灾害和极端天气气候事件风险评估和区划,提高风电厂气象灾害风险管理水平。

强化气候可行性论证工作。建立风电场气象灾害风险评估制度和气候可行性论证制度,面向风电产业规划编制、重大区域性经济开发结构调整、重大工程建设等开展气候可行性论证,充分考虑气候变化因素,努力减轻气象灾害对风电产业设施影响。

加强风电场气象灾害防范应对。加大风电场气象防灾减灾科普宣传力度,推动实施气象灾害防御规划,完善风电场气象灾害应急预案体系和气象灾害防御信息共享平台,健全气象灾害防御社会动员机制。