近日，《自然—氣候變化》雜志在線發(fā)表了南方科技大學(xué)與國(guó)內(nèi)外單位合作完成的一項(xiàng)研究。科研人員發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)歷了幾十年的靜止后，全球地表風(fēng)速?gòu)?010年開(kāi)始快速反彈，全球風(fēng)速正在迅速加快，以目前的趨勢(shì)，風(fēng)能或?qū)⒃?024年提高37%。

實(shí)際上，在經(jīng)歷過(guò)“冰火兩重天”后，風(fēng)電這種“古老”的新能源呈現(xiàn)出了“回暖”趨勢(shì)。國(guó)家能源局最近公布的1~10月份全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)新增風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)1466萬(wàn)千瓦，同比增加20萬(wàn)千瓦；風(fēng)電工程累計(jì)完成投資708億元，同比增長(zhǎng)79.4億元。稍早前，山東省能源局印發(fā)《山東省優(yōu)先發(fā)電優(yōu)先購(gòu)電計(jì)劃管理暫行辦法》，將風(fēng)電列入了一類(lèi)優(yōu)先發(fā)電范圍。

這讓風(fēng)電設(shè)備的安全問(wèn)題再次引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。

風(fēng)電雖好，也有“天敵”

風(fēng)電作為一種清潔、綠色的可再生能源，被世界各國(guó)寄予厚望。然而風(fēng)電也有一個(gè)致命的“天敵”，那就是雷電。

“風(fēng)電設(shè)備的雷電防護(hù)是個(gè)世界難題。大多風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都是安裝在高原、山地等偏遠(yuǎn)地區(qū)，工作環(huán)境也都是露天環(huán)境，再加上動(dòng)輒上百米高的葉片，很容易被雷電擊中。”愛(ài)邦電磁董事長(zhǎng)范曉宇說(shuō)。該企業(yè)是一家從事雷電與復(fù)雜電磁防護(hù)工程研發(fā)的硬科技企業(yè)，曾為國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919提供雷電防護(hù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)服務(wù)。

當(dāng)雷電擊中風(fēng)電設(shè)備時(shí)，雷電會(huì)釋放出巨大能量，造成風(fēng)電機(jī)組葉片損壞、控制元器件燒毀等，進(jìn)而引發(fā)風(fēng)電場(chǎng)電路故障、火災(zāi)等事故，不僅影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，而且危及電網(wǎng)和人員安全。

根據(jù)行業(yè)內(nèi)部測(cè)算，被雷電擊中損傷嚴(yán)重的風(fēng)機(jī)葉片，一次維修費(fèi)用就要超過(guò)10萬(wàn)元；如果葉片不幸報(bào)廢，更換成本高達(dá)上百萬(wàn)元，這還不包括停機(jī)維修期間帶來(lái)的發(fā)電損失。

對(duì)于近年來(lái)新興的海上風(fēng)電來(lái)說(shuō)，出海維修一次，費(fèi)用更加令人咋舌。有統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，2018年我國(guó)海上風(fēng)電總裝機(jī)容量為445萬(wàn)千瓦，在建647萬(wàn)千瓦，已成為僅次于英國(guó)和德國(guó)的世界第三大海上風(fēng)電國(guó)家。可同時(shí)，我國(guó)部分海上風(fēng)場(chǎng)每年遭受雷擊的次數(shù)也高達(dá)10次/臺(tái)以上。

“我們這一行，沒(méi)消息就是好消息”

歐美發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)60年代開(kāi)始投入雷電防護(hù)的研究，中國(guó)則相對(duì)起步較晚，主要是引進(jìn)國(guó)外的葉片防雷設(shè)計(jì)。

“但是，我國(guó)雷電環(huán)境與國(guó)外有很大的不同，很多地區(qū)屬于高雷暴區(qū)域，應(yīng)用國(guó)外設(shè)計(jì)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)‘水土不服’。”范曉宇說(shuō)。曾在國(guó)內(nèi)某研究所從事電磁兼容研究的范曉宇感到，國(guó)家風(fēng)電行業(yè)在雷電防護(hù)方面存在著明顯的短板。

2009年，范曉宇與幾名志同道合的科研人員脫下軍裝，開(kāi)啟了創(chuàng)業(yè)之路。

10年來(lái)，他們陸續(xù)開(kāi)發(fā)出新型雷電導(dǎo)流條、雷電抑制器、防雷金屬網(wǎng)、雷電記錄卡、雷電流智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等產(chǎn)品。

以雷電流智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例，它能夠記錄一段時(shí)間內(nèi)風(fēng)機(jī)葉片遭受雷擊的記錄，監(jiān)測(cè)雷電流的峰值、極性、能量等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并對(duì)未來(lái)風(fēng)場(chǎng)的選址、維護(hù)提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。目前，這些雷電防護(hù)技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)風(fēng)電企業(yè)，也遠(yuǎn)銷(xiāo)到阿根廷、日本、墨西哥等國(guó)家。

那么，這些風(fēng)電企業(yè)的反饋如何？“沒(méi)有人再因?yàn)槔讚魮p傷來(lái)找過(guò)我們。”范曉宇說(shuō)，“我們這一行，沒(méi)消息就是好消息。”

把風(fēng)電葉片搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室

愛(ài)邦電磁總工程師熊秀介紹，目前，其葉片雷電試驗(yàn)及導(dǎo)流條產(chǎn)品，已占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)90%以上的份額，并形成了咨詢(xún)、試驗(yàn)、仿真、設(shè)計(jì)及防護(hù)產(chǎn)品在內(nèi)的行業(yè)整體解決方案。

可是，成為國(guó)內(nèi)行業(yè)“冠軍”并非他們的終極夢(mèng)想，他們的目標(biāo)是建設(shè)成為雷電與復(fù)雜電磁環(huán)境領(lǐng)域的世界級(jí)實(shí)驗(yàn)研發(fā)中心。

為此，團(tuán)隊(duì)著手建造了一個(gè)亞洲最大的雷電與電磁環(huán)境系統(tǒng)級(jí)實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)坐落在“硬科技之都”陜西西安，十層樓高、70米長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)室能夠開(kāi)展國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)、風(fēng)電葉片、大型高端設(shè)備等民用系統(tǒng)的防雷檢測(cè)試驗(yàn)，以及國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)的預(yù)研、驗(yàn)證和鑒定任務(wù)。

“以前我們國(guó)家沒(méi)有這么大的實(shí)驗(yàn)室，要開(kāi)展防雷試驗(yàn)，只能把葉片切下來(lái)一部分，現(xiàn)在我們的新實(shí)驗(yàn)室能夠直接把整個(gè)葉片搬進(jìn)來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)模擬自然界的雷擊，進(jìn)行真實(shí)、有效的防雷試驗(yàn)。”范曉宇透露，實(shí)驗(yàn)室的定位是半開(kāi)放式的，目前已有不少?lài)?guó)內(nèi)高校在此開(kāi)展研發(fā)工作。

今年9月，愛(ài)邦電磁作為唯一一家中國(guó)單位參加了在美國(guó)舉行的2019年國(guó)際雷電與靜電會(huì)議，并有3篇學(xué)術(shù)論文入選了會(huì)議論文。“我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域入行較晚，但我們也有著自己的優(yōu)勢(shì)。我們新上馬的型號(hào)比較多，給了研發(fā)人員大量機(jī)會(huì)接觸實(shí)際的工程案例。”范曉宇說(shuō)，“相信隨著國(guó)力的增強(qiáng)，中國(guó)在雷電防護(hù)領(lǐng)域?qū)⒀杆俳咏鼑?guó)際先進(jìn)水平，并在某些獨(dú)特領(lǐng)域異軍突起。”