中国能源资讯网近年来，我国海上风电发展迅猛。根据国家能源局数据，2020年海上风电新增装机306万千瓦，累计装机约900万千瓦；2021年我国海上风电延续高增长态势，新增投产规模达到1690万千瓦，同比高增约340%，累计装机规模达到2638万千瓦，跃居全球第一。然而，海上风电面临的灾害风险不容小觑，地震、风暴潮、海冰以及海水和高盐高湿的海上空气，都会对海上风机造成损害，致使风电场内设备受损，发电效益降低。防抗灾害，保障设备的安全和使用寿命，成为海上风电行业的重要课题。
海上风电面临的灾害
1地震
我国沿海位于西太平洋地震带附近，新构造运动强烈，海域地震发生频繁，中国海域及邻区4.7级以上破坏地震共发生5000多次。我国海域地震分布范围广，震级和地震活动性差别较大，渤海、南海局部地震区活动性强，黄海、东海次之。资料表明，我国沿海除台湾周边海域外，渤海海域和福建-粤东近海海域是我国强震最为活跃的区域，这些区域历史上曾发生过多次强震，最大震级可达8级。近年来，众多学者开展了海域区划、海域地震活动性、危险性等方面的研究。
海上风电是风电产业未来发展方向，也是我国能源结构转型的重要支撑，但从当前已建、已核准的海上风电项目以及未来规划来看，很大比例的海上风电场址，正好位于这些地震带附近，潜在存在着较高的地震破坏的风险。海域地震对海上风电产生的破坏作用主要表现在3个方面:
震动直接导致风机、海上升压站等破坏倒塌，造成财产损失；
地震引起的海底地形变化，产生海底局部隆起或凹陷，进而破坏风机和升压站等构筑物；
海域地震造成砂土液化和软土震陷，破坏风机和海上升压站基础等。
因此，合理的抗震设计对于在保证海上风电设备及其支撑结构的安全性的前提下，同时避免支撑结构设计成本显著上升而言十分重要，不容忽视。
2风暴潮
风暴潮是来自海上的一种巨大的自然灾害，它是由强烈的大气扰动，如强风暴(寒潮、台风)和气压骤变所导致的海面异常升高的现象。它若结合通常的天文潮，特别是若恰好赶上高潮阶段时往往会使其影响范围海域水位暴涨，冲毁港口堤坝乃至浸溢内陆﹑酿成巨灾。因此，暴潮会产生强风浪，不仅使风机舱受到侵袭，还会使叶片受到冲击。此外，风暴潮引起的增水、漫滩，对岸边配套设施有很大的影响。同时，潮流的直接冲击影响风机底座的牢固性，因此风机安装时应考虑基座的受力，在风暴潮多发海域，应制定防范风暴潮袭击的应急响应措施。
3海冰
在我国北方海域，每年冬季的海冰对船舶和海工装备构成一定威胁。对于海上风电场来说，海冰会破坏风机基础，雨、雪、霜、雾会冻结在风机叶片等部件上，影响风轮旋转，低温还会让风机中零件和润滑油的性能下降。
我国的海冰出现在冬季的渤海与北黄海沿岸，渤海的冰期一般超过3个月(12 月～翌年3月)。在冰期中，辽东湾北部海域覆盖有10～40厘米厚的海冰，漂流速度最大为0.5米/秒。大面积海冰会挤压冲击基础，并引起基础震动。水位变化时，海冰还会对基础产生上拔或下压效应。渗入混凝土基础表层的海冰在结冰时会产生膨胀压力，反复冻融会破坏混凝土。为此，位于结冰海域的基础必须设计抵御海冰的措施。
海上湿度较大，在严寒时叶片可能结冰，造成风力机发电能力下降，积冰严重时甚至可能导致叶片断裂。在高纬度地区，寒冷的冬季通常也是取暖用电高峰，而叶片结冰会损失年发电量1%～10%，极端地区甚至能达到20%～50%。
图1 面临海冰威胁的海上风力机
4海水和高湿高盐的空气
海上还有一个隐形杀手，就是海水和高湿高盐的空气。海上风电设备处于苛刻的海洋环境中，受到海水、盐雾的侵蚀以及海浪、潮水的冲刷，会造成金属设备腐蚀，严重影响风电设备的使用寿命。
海上风电运行环境复杂、恶劣。海洋性大气环流运动的特点就是空气中含有大量的氯化钠等盐组分，这是由于海水蒸发所造成的。通常在高盐度的海边，盐度的浓度均值可达12.4mg/m3到60mg/m3。而在陆地上大气中氯化钠含量均值在0.8mg/m3。在如此高浓度的盐雾环境下，金属被腐蚀的速度由于电化学的作用也将大幅提高(约为内陆大气环境的4~5倍)，暴露在外的海上风电设备各组件就会遭到不同程度的腐蚀损坏：氯离子会与空气中的其他颗粒物在设备金属外壳静电作用下，在其表面形成覆盖层，与设备电器元件的金属物发生一系列的化学反应后使原有的载流面积减小，生成氧化合物使电气触点接触不良，导致电气设备故障或毁坏；盐雾与空气中的其他颗粒物在叶片静电作用下，在叶片表面形成覆盖层，严重时将影响叶片气动性能，降低性能及引发次生问题(如增大噪音等) ；盐雾沉积物与设备本体可经过一系列的化学反应而发生腐蚀，可使其结构的强度遭到削弱、破坏，承载能力降低，达不到设计要求；而且对海上风电设施的螺栓固定结合部件，钢体结构部件都会有损坏。另外，盐雾天气还可能导致防腐性能差的电缆和电气设备发生漏电，导致含盐飞沫附着在金属设备上，易造成腐蚀。春、夏高温高湿天气易有结露现象，空气湿度高，易使电气设备的绝缘受潮，性能下降，表面形成腐蚀，发生故障。
海上风电机组不同于海上钻井平台，受到腐蚀时可以随时修补，海上风电机组由于其特殊的地理环境和技术要求，维修费用极高。由于上述原因，很容易使海上风电电力传输设施发生短路故障，甚至酿成火灾等安全重大事故。因此，海上风机的防护，需要进行系统化的设计、规划、实施。
图2 被海水腐蚀的基础
5雷暴
沿海地区风电机组位于沿海滩涂或海面上，有的高度已经超过80～100多米，成为闪电放电的主要目标，沿海地区风电雷击损失占整个风电产业雷击事故的 80%以上。海上风力机矗立在平坦的海面上，同时水气和盐雾又会在叶片表面聚集，使得风力机易于遭到雷电袭击。
由于雷击的选择性，风电机组的叶片将首先遭受直接雷击，其顶端即为雷击点。地面上结构体的形状和高度也会影响雷电放电的选择，高结构体尖端部位易于发生电场畸变，使其周围的电场强度增大，在很大程度上影响下行先导头部的发展方向，具有较强的引雷效果。由于风电机组高耸突出的机身和叶片顶端的引雷作用，从雷电放电选择性的角度来看，机组遭受雷击的概率比较大的。机舱被雷击中后，沿物体上导体经接地体散入大地，被击物体上将出现暂态电位抬高现象。风电机组受到雷击时，作为接地导体的塔筒将传导雷电流，并经机组的接地体散入大地，相应地，塔筒上和接地体上分别会出现暂态电位抬高。实际上，在风电机组受到雷击时，雷电流从塔顶到塔底的通路可能有多条，包括塔筒和筒内布置的电缆屏蔽层及防雷引下线等。一般来说，对于风力发电机组直接雷击的损害主要有以下几种形式：
直击雷对风力发电机叶片造成的损害；
机舱内部金属间隙产生的电火花引起的火灾和爆炸；
过电压对风力发电机内部电子设备造成的损害；
由于跨步电压和接触电压以及爆炸碎片引起的火灾造成的损害。
图3 海上风电遭遇到雷暴破坏
结语
纵使海上风电面临的灾害比陆上更加的复杂，但随着陆上风电的逐渐饱和，而海上风资源丰富，更加靠近电力负荷中心，海上风电必然成为未来清洁能源发展一大方向；面临着复杂的海上环境，唯有深度研究海上风电面临的灾害，攻坚克难，才能助力海上风电安全、平稳、快速地发展，下一篇文章中将继续分享海上风电抗灾措施及挑战，敬请期待！
