臺(tái)風(fēng)等極端風(fēng)況對(duì)風(fēng)電機(jī)組安全性、可靠性的潛在威脅是制約我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展的技術(shù)原因之一。由于歐洲國(guó)家鮮遇臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng)等極端風(fēng)況（見(jiàn)圖1），由其主導(dǎo)編制的風(fēng)電行業(yè)國(guó)際規(guī)范未能考慮此類風(fēng)況對(duì)風(fēng)電機(jī)組的不利影響。在國(guó)際風(fēng)電行業(yè)規(guī)范的整體框架下，開(kāi)展具有我國(guó)風(fēng)資源特點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)具有重要意義。

　　臺(tái)風(fēng)具有風(fēng)速幅值大、風(fēng)速和風(fēng)向變化快、湍流度大等特點(diǎn)，如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)電機(jī)組在極端風(fēng)況下的高度非線性的結(jié)構(gòu)響應(yīng)是國(guó)際學(xué)術(shù)界面臨的重要挑戰(zhàn)�，F(xiàn)有研究主要采用逆向工程的研究方法，通過(guò)實(shí)地觀測(cè)結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象，結(jié)合風(fēng)況監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，定性分析機(jī)組的破壞原因。這些研究成果為我國(guó)風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)安全性提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。由于破壞案例具有不同特點(diǎn)，研究結(jié)論的準(zhǔn)確性和普適性還有待進(jìn)一步探討。

　　針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所國(guó)家能源風(fēng)電葉片研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心的研究人員提出了較為系統(tǒng)的分析方法（見(jiàn)圖2）。結(jié)合三維風(fēng)場(chǎng)氣動(dòng)計(jì)算、機(jī)組整機(jī)氣彈分析、非線性結(jié)構(gòu)破壞分析三部分的定量分析工作，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下處于緊急停機(jī)狀態(tài)的風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵構(gòu)件（塔筒和葉片）的破壞模式、破壞位置以及臨界破壞風(fēng)速和風(fēng)向（見(jiàn)圖3,4,5）。這一系統(tǒng)的分析方法和預(yù)測(cè)技術(shù)為我國(guó)風(fēng)電機(jī)組在極端風(fēng)況下的結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估和結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)提供了參考。

　　副研究員陳嘯應(yīng)邀赴德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)參加TORQUE2016國(guó)際大會(huì)并做口頭學(xué)術(shù)報(bào)告，系統(tǒng)闡述了該中心在風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)破壞預(yù)測(cè)方面的最新進(jìn)展。以此為契機(jī)，工程熱物理所國(guó)家能源風(fēng)電葉片研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心與慕尼黑工業(yè)大學(xué)風(fēng)能中心在風(fēng)電機(jī)組高性能建模與預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域簽訂了國(guó)際合作協(xié)議；同時(shí)，研究員張明明入選國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Wind Energy Sciences 副主編。研究成果在Journal of Physics: Conference Series發(fā)表，研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持。

圖1 全球臺(tái)風(fēng)路徑分布(1985-2005,美國(guó)NASA) 

圖2 極端風(fēng)況下風(fēng)電機(jī)組非線性破壞預(yù)測(cè)分析方法

圖3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組三維非線性有限元模型 

圖4 風(fēng)輪復(fù)合材料葉片屈曲-斷裂破壞