一、近年来风电装机情况
2021年,中国风电装机再创新高,全国(除港、澳、台地区外)新增装机15911台,容量5592万千瓦,同比增长2.7%;其中,陆上风电新增装机容量4144万千瓦,占全部新增装机容量的74.1%,海上风电新增装机容量1448万千瓦,占全部新增装机容量的25.9%。累计装机超过17万台,容量超3.4亿千瓦,同比增长19.2%;其中,陆上累计装机容量3.2亿千瓦,占全部累计装机容量的92.7%,海上累计装机容量2535万千瓦,占全部累计装机容量的7.3%。
区域装机情况:2021年,全国六大区域的风电新增装机容量占比分别为中南25.8%、华东23.9%、华北18.4%。西北16.2%、东北10.6%、西南5.1%。“三北”地区新增装机容量占比为45%,中东南部地区新增装机容量占比达到55%。与2020年相比,2021年六大区域中装机占比出现增长的区域分别有中南、华东、东北和西南。
二、风机起火事件也开始多了起来
随着全国乃至全球风电行业的快速发展,近年来,风机起火事件频见报端。2018年火灾占全球风机事故的14.86%。
2019年5月20日14时,大唐巴音塔拉风电场07号风机过火。
2020年4月21日17时,辽宁葫芦岛兴城市刘台子乡某村境内的风电机组起火。
2021年3月14日,内蒙古能源投资集团公主岭风电场26号风机发生机舱烧损事故。事后被国家能源局东北监管局罚款20万元。
2021年12月,山东威海环翠区逍遥村附近某风电项目突发一起风电机组着火事故,机组机舱及叶片均发生燃烧。
2021年5月22日,由瑞典大瀑布(Vattenfall ) 和沃旭(Orsted)共同持有的丹麦Horns Rev 1海上风电风场发生风机着火事故。
2022年4月6日,位于美国蒙特祖玛山上一风电项目发生一起风机着火事故。
2022年4月9日,位于浙江宁波的国电宁波穿山风电场项目发生一起机组着火事故。
2022年4月24日下午5点45分左右,位于英国林肯郡索尼村附近的一风电场发生风力发电机组起火事故,该事故造成风力发电机组损坏严重。
2022年5月6日22时,海南省东方市新龙镇下通天村附近发生一起风机着火事故。
2022年7月22日星期五下午,英国苏格兰Ardrossan风电场一台风电机组发生起火事件,浓浓的黑烟瞬间笼罩在上空,大火直至周六凌晨扑灭。
三、风电机组火灾的特征
1.火灾扑救难度大。一旦发生就造成极大的直接损失(当前单台风电机组设备价格约600-800万元)和间接损失(发电量减少),且外部救援可能性近乎为零。
2.火灾隐患点多。风电机组从上到下都存在发生火灾可能,且火灾环境恶劣(机舱外部空气流动大,塔筒内部容易形成空气对流等)。
3.火灾类型复杂。电气火灾、固体火灾和液体火灾均有可能发生(涉及到的可燃物的种类很多,包括:不同种类和用途的润滑油脂、液压油、电器设备、电线电缆、叶片、机舱罩及其保温层等)。
四、风机起火的原因
从绝大部分风电机组烧毁事故来看,大都是由于雷击、电器、线路起火,或机组在运行过程中,由旋转部件损坏而造成剧烈摩擦发热产生的火灾。根据已知实际发生的风电机组火灾事故进行统计与总结,造成风电机组火灾的原因主要有十种,可分为非人为因素和人为因素区别分析。
(一)非人为因素
1.发电机电缆与接线盒原因。风机发电机定转子出口电缆在相间或单项对地绝缘降低或短路的情况下放电引燃电缆。此外,部分风机设计的机舱内加热器距离发电机出口电缆较近,机舱加热器保护失灵等使得加热器持续工作易引燃电缆。部分风机由于设计或出厂质量等原因,接线盒端子排间隙较小,方形螺丝垫片易发生尖端放电。
2.发电机轴承过热:发电机轴承自动注油系统故障(如发电机加脂机损坏或油路堵塞),润滑油脂劣化、轴承摩擦大的情况下,导致轴承过热,引燃附近易燃物,如油污、遗落布条等。另外,发电机轴承冷却风扇不工作也会导致轴承温度过高。
3.刹车系统形成高温:在机组报安全链故障或人为手动紧急停机的情况下,机组会紧急停机,此时刹车瞬间投入,如机组在高速运转,刹车片和高速旋转的刹车盘之间摩擦产生大量火花,可能引燃周围易燃物。另外,在沿海地区,台风期间如风机没有正常切出停机,叶片没有处于顺桨状态而在30m/s以上风速仍然受力,也会导致刹车盘发热严重。
4.雷击:雷击是引发风机发生火灾的重要原因之一。虽然风电机组都配备了从叶尖-轮毂-机舱-塔筒-基础的避雷系统,但一旦避雷设施维护不当,70米以上高空中的风机遭受雷击并发生火灾的风险就大大提高。进入夏季5-8月期间,雷雨日增加,由于机组长时间处于振动状态或日常检查不到位,可能出现接地系统导通不良,或者遭遇超强雷电超出风电防雷设计标准等情况时,就会造成雷电无法顺利导入大地,局部连接点过热放电引起机组火灾。按照目前风电设备的发展趋势,为了进一步开发中低速风区,风电机组在向高塔筒和长叶片的方向发展,而高塔筒和长叶片使得风机遭受雷击的可能性进一步增大。
5.发电机绕组短路:由于发电机绕组加热装置出现故障或控制回路出现异常,会持续对绕组进行加热,导致绕组绝缘老化引起短路。
6.控制柜、变频柜短路:风机控制柜和变频柜等盘柜内各电源、控制回路接线端子松动造成接触不良或短路,将会同时引发火花。电弧放电温度将会达到2000℃-3000℃,极其容易引发火灾。
7.有关标准执行不充分。风电行业由于竞争激烈,设备厂家采取各项措施降低生产成本,国家能源局等有关行业部门对于有关风电设备防火的要求没有充分执行,业主单位在风电场建设时也仍然存在有关防止风机着火要求执行不到位的情况,如电缆防火封堵、防火涂料等仍然存在诸多不合格情况。这既有行业共性特点,也有行业认识不到位的问题,因此列为非人为因素。
(二)人为因素
1.维护工作质量。根据以上分析,风机内部尤其是机舱内部空间狭窄且火灾隐患多,维护工作质量的高低对隐患因素有一定影响。如维护后对漏油油污、酒精、抹布、指条、手套等物品的清理至关重要。如维护人员在进行日常维护、定期检修、卫生打扫等工作时违反规定在机舱内抽烟,易引发火灾。
2.工器具使用不当。工作人员在使用电焊机、电动扳手等大功率电动工器具时,随意接入电源或者在防护措施不当,造成线路过热引发火灾,电焊机火花引燃周围易燃物等。
3.管理不当。设备厂家为保证机组可利用率而掩盖部分问题故障,如屏蔽安全链告警信息,为此国内已发生过数起风机火灾事故。设备保护定值设置不当也会导致事故。风机设备保护定值与电网设备(如机组变)保护定值由不同部门出具,风电场管理人员如没有认真审核,箱变低压侧断路器自动跳闸功能形同虚设也会导致火灾事故产生和蔓延。近年来因此类原因导致风机烧损的例子也不少。
五、项目评审建议
除了风机起火,还有不少风机倒塌事故发生。
鉴于近年来风机起火、倒塌事故频发,建议在评估风电项目时,要把安全运行风险加以揭示,并在评估过程中,向业主了解他们应对此类安全事故有什么应对策略。
风电机组上存在了较多的可燃物,其包括:齿轮油、润滑油、液压油、电气元件、电线电缆、隔热吸音棉、机舱罩和叶片等,分布在机舱、塔筒、叶轮的不同部分,其机舱中可燃物的分布比较密集,且机舱空间较小,具有较高的火灾危险性。近年来,国内外风电机组由于电气事故、雷击、机械事故以及人员原因,火灾事故频发,安全运营风险较大。