前言

我国东南沿海靠近电力负荷中心，开发陆上风电和海上风电具有送出条件良好、消纳空间大的优势。风力发电带动沿海经济发展的同时，也时常饱受台风侵扰，安全生产受到影响。2003—2014年期间，东南沿海风电场几乎年年遭受台风侵袭，“杜鹃”“桑美”“天兔”“威马逊”等强（超强）台风过境时更是对其影响范围内的风电场造成了严重破坏。东南沿海陆上风电和海上风电的开发必然面对台风的挑战。在工程开发建设时，应综合考虑安全性、经济性等因素。规范和标准的制定，在一定程度上反映了国家经济发展水平、科学技术发展现状和趋势，并能在一定时间范围内指导相关工程开发建设，充分体现了安全性和经济性的辩证统一。

为了简化风电机组技术规格并提高标准的可执行性，国内外在设计风电机组时，根据相关安全标准定义了一系列标准风况，并以此将风电机组分类。IEC系列标准的制定是以欧洲的气候环境特征为主要依据，其定义的外部环境和极端情况不适合台风影响下的风场。标准适用性问题、台风灾害等引发的风电场各种事故频现，并不能影响或者否定台风频发区域风电场的开发建设，而是更加促使从业人员在风电机组设备、风电场选址、施工、运维管理等方面进行相应的研究。极大风速、强风附加湍流和风向突变是造成风电机组破坏的三大主要自然因素。台风动力过程给风电机组带来的破坏包括叶片裂纹、撕裂和折断，变桨系统、偏航系统、机舱、塔架、基础及其他设备的破坏等。对此，气象科学家、风力发电机生产厂家、工程勘测设计单位、风电场投资商等都积极投入其中，开展了大量的调研、试验和计算，努力减少台风对风电场工程及设备产生的破坏。

风电机组或者风电场抗台风设计是指在充分认识台风以及台风对风电机组破坏原理的基础上，依据科学合理的总体设计思路，确保：当风电机组在遭遇台风的最大风速低于设计风速时，风电机组的主要结构和部件没有损坏；当遭遇的台风超出设计风速时，控制风电机组的破坏损失在最小范围，而不发生颠覆性的严重破坏，台风过后可以迅速修复投入运行。风电机组的抗台风设计绝不是“头痛医头、脚痛医脚”式地只加强风电机组个别部件的强度设计。盲目设计不但增加设备成本，还会增加风电工程的整体风险。

风电机组的抗台风设计是一项需要综合考虑风电机组承载能力，包括风电机组的运行方式、控制策略，以及电网连接等复杂的系统工程。风电机组的抗台风设计方案应在确保技术可行性的基础上，再考虑其经济性等因素来制定方案。风电机组抗台风主要侧重加强机械结构强度、提高桨叶柔性、保障台风期间控制系统有效性、其他附属设施的鲁棒性等，也包含了强制风电机组型式认证、台风型风电机组数值风洞试验中应用更多新技术等。风电场抗台风设计应突出全生命周期理念，围绕保障风电机组安全度台风这个核心问题，通过增强台风观测和认识、研究复杂地形情况下台风气流畸变，解决风电机组基础安全问题隐患、提高场用电的可靠性等。台风蕴含的能量异常巨大，因此风电机组抗台风和风电场抗台风设计工作不能仅以经济性为原则，而应该综合分析、决策，选择科学的“安全度台风”。

本书是《风力发电工程技术丛书》之一，在整理、归纳大量工作成果的基础上，试图将台风灾害、次生灾害以及风电机组、风电场，特别是其勘测设计、施工、运维管理等相关理论知识和实践经验前后串联，形成对东南沿海热带气旋影响频繁区域开发风电时必须具备的初步认识，既不能因为有台风灾害时就否定在东南沿海地区开发利用风能资源，更不能因为单纯强调风电的经济效益而在一定程度上牺牲安全性。

本书内容共分为8章，第1章介绍了我国华南沿海地区台风气候特征，主要介绍近60年来各区域台风路径、频率、强度等。第2章为台风动力要素，讨论近年来近岸或者离岸测风塔测到热带气旋的资料，分析有关极大风速、湍流强度、阵风系数、风向变化等成果。第3章为风电机组，并未涉及风电机组的所有知识，只侧重介绍其机械结构和控制系统：一方面要了解风电机组，另一方面这是分析台风对风电机组破坏机理的基础。前3章为基础知识介绍。第4章为风电机组抗台风设计，通过几个台风破坏风电场的典型案例，分析台风对基础、塔筒、叶片和变桨系统、控制系统等的破坏过程，讨论相应的防台风、抗台风优化设计方案。第5章为风电场台风灾害防护措施，将风电场送出部位至电网作为一个整体来论述这个体系内除风电机组之外其他元素在台风灾害发生时可能遇到的破坏及防护对策；此外介绍台风次生灾害与防护策略，介绍伴随台风而来的暴雨洪水、滑坡、泥石流、台风浪、风暴潮等对沿海风电场施工建设和运维带来的严重影响或破坏以及相应的防护措施。第6章为风电场施工防台风策略。第7章为风电场防台风运维管理，这两章分别讨论风电场施工期间防台风安全策略以及运维管理过程中的注意事项。第8章为日本宫古岛风电场“鸣蝉”台风灾害实例分析，该案例包括了详细的灾害统计、风速推算、破坏基础和塔筒等材料取样测试、风洞试验、有限元分析等综合研究内容，可以作为风电场台风灾害破坏机理分析的参考案例。

本书编著过程中获得了南方电网科学研究院主持的南方电网沿海地区风速分析项目的技术支持，得到了中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司和广东科诺勘测工程有限公司相关专家及同事的大力支持和帮助。在此谨向各位的认真、严谨和热忱的帮助表示感谢，向本书援引的报告、论文、文章、书籍等的著者以示谢忱。

随着对台风观测和研究的逐步深入以及风力发电技术水平不断提升，书中提及的观点和方法也将不断地更新和改进，因此限于编著者水平和经验的局限而产生的错误和欠妥论述，敬请广大读者批评指正。

2017年1月