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

　　臺風(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，如何準確預(yù)測風(fēng)電機組在極端風(fēng)況下的高度非線性的結(jié)構(gòu)響應(yīng)是國際學(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，通過實地觀測結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象，結(jié)合風(fēng)況監(jiān)測數(shù)據(jù)，定性分析機組的破壞原因。這些研究成果為我國風(fēng)電機組的結(jié)構(gòu)安全性提供了寶貴經(jīng)驗。由于破壞案例具有不同特點，研究結(jié)論的準確性和普適性還有待進一步探討。

　　針對這一問題，中國科學(xué)院工程熱物理研究所國家能源風(fēng)電葉片研發(fā)（實驗）中心的研究人員提出了較為系統(tǒng)的分析方法（見圖2）。結(jié)合三維風(fēng)場氣動計算、機組整機氣彈分析、非線性結(jié)構(gòu)破壞分析三部分的定量分析工作，準確預(yù)測了強臺風(fēng)作用下處于緊急停機狀態(tài)的風(fēng)電機組關(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（見圖3,4,5）。這一系統(tǒng)的分析方法和預(yù)測技術(shù)為我國風(fēng)電機組在極端風(fēng)況下的結(jié)構(gòu)安全性評估和結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計提供了參考。

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

圖1 全球臺風(fēng)路徑分布(1985-2005,美國NASA) 

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

圖3 風(fēng)力發(fā)電機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