风力涡轮机如何响应地震期间的风和地面运动

华盛顿，2021 年 8 月 24 日——随着中国经济的持续发展，能源需求也随之上升。通过化石燃料满足这种能源需求变得越来越不可取，因为这会带来环境和气候风险。

一种解决方案是采用风电等可再生能源，过去十年，风电在中国经历了快速增长。但是，许多风电场正在地震活动频繁的地区建造。

在AIP 出版的《可再生与可持续能源杂志》上，常州大学和北京工业大学的研究人员展示了他们的工作，探索风力涡轮机在风地震联合载荷下的动态行为。

该小组发现，在弱地震和强地震下，风力的变化分别增加和减少了风力涡轮机的响应幅度。

“由于气动阻尼和叶片刚度的不对称性，地震的输入角会影响风力涡轮机的地震响应，”北京工业大学的合著者杜秀丽说。“风和地震地面运动都会引起风力涡轮机，特别是叶片的振动，从而改变作用在叶片上的气动载荷。”

现代大型风力涡轮机使用变速和变桨控制技术，这意味着它们的动态行为受到控制器的影响。

“因此，风力涡轮机在风地震激励下的动态响应显示了气动伺服弹性的耦合效应——当弹性体受到流体流动时，惯性力、弹性力和空气动力之间的相互作用，”杜说。“风和地面运动也是随机矢量场，结合时涉及复杂的时域和空间不确定性。”

令人惊讶的是，研究人员发现风同时对风力涡轮机的地震响应施加动态载荷和阻尼效应。因此，他们警告说，仅考虑这两种影响中的一种可能会导致不准确甚至错误的结论。

“我们的工作可以指导确定风力发电机抗震设计的风地震组合，并直接帮助设计风力发电机结构，”杜说。

位于中国地震活跃地区的风力涡轮机支撑塔通常不包括冗余支撑，因此如果出现故障，可能会导致涡轮机倒塌。

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