風(fēng)力渦輪機(jī)如何響應(yīng)地震期間的風(fēng)和地面運(yùn)動(dòng)

華盛頓，2021 年 8 月 24 日——隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源需求也隨之上升。通過(guò)化石燃料滿足這種能源需求變得越來(lái)越不可取，因?yàn)檫@會(huì)帶來(lái)環(huán)境和氣候風(fēng)險(xiǎn)。

一種解決方案是采用風(fēng)電等可再生能源，過(guò)去十年，風(fēng)電在中國(guó)經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)。但是，許多風(fēng)電場(chǎng)正在地震活動(dòng)頻繁的地區(qū)建造。

在AIP 出版的《可再生與可持續(xù)能源雜志》上，常州大學(xué)和北京工業(yè)大學(xué)的研究人員展示了他們的工作，探索風(fēng)力渦輪機(jī)在風(fēng)地震聯(lián)合載荷下的動(dòng)態(tài)行為。

該小組發(fā)現(xiàn)，在弱地震和強(qiáng)地震下，風(fēng)力的變化分別增加和減少了風(fēng)力渦輪機(jī)的響應(yīng)幅度。

“由于氣動(dòng)阻尼和葉片剛度的不對(duì)稱性，地震的輸入角會(huì)影響風(fēng)力渦輪機(jī)的地震響應(yīng)，”北京工業(yè)大學(xué)的合著者杜秀麗說(shuō)。“風(fēng)和地震地面運(yùn)動(dòng)都會(huì)引起風(fēng)力渦輪機(jī)，特別是葉片的振動(dòng)，從而改變作用在葉片上的氣動(dòng)載荷。”

現(xiàn)代大型風(fēng)力渦輪機(jī)使用變速和變槳控制技術(shù)，這意味著它們的動(dòng)態(tài)行為受到控制器的影響。

“因此，風(fēng)力渦輪機(jī)在風(fēng)地震激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)顯示了氣動(dòng)伺服彈性的耦合效應(yīng)——當(dāng)彈性體受到流體流動(dòng)時(shí)，慣性力、彈性力和空氣動(dòng)力之間的相互作用，”杜說(shuō)。“風(fēng)和地面運(yùn)動(dòng)也是隨機(jī)矢量場(chǎng)，結(jié)合時(shí)涉及復(fù)雜的時(shí)域和空間不確定性。”

令人驚訝的是，研究人員發(fā)現(xiàn)風(fēng)同時(shí)對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的地震響應(yīng)施加動(dòng)態(tài)載荷和阻尼效應(yīng)。因此，他們警告說(shuō)，僅考慮這兩種影響中的一種可能會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確甚至錯(cuò)誤的結(jié)論。

“我們的工作可以指導(dǎo)確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)抗震設(shè)計(jì)的風(fēng)地震組合，并直接幫助設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，”杜說(shuō)。

位于中國(guó)地震活躍地區(qū)的風(fēng)力渦輪機(jī)支撐塔通常不包括冗余支撐，因此如果出現(xiàn)故障，可能會(huì)導(dǎo)致渦輪機(jī)倒塌。

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