2019年4月科研人员在联合动力连云港叶片厂交流叶片雷电防护技术

■本报记者 丁佳

近日，《自然—气候变化》杂志在线发表了南方科技大学与国内外单位合作完成的一项研究。科研人员发现，在经历了几十年的静止后，全球地表风速从2010年开始快速反弹，全球风速正在迅速加快，以目前的趋势，风能或将在2024年提高37%。

实际上，在经历过“冰火两重天”后，风电这种“古老”的新能源呈现出了“回暖”趋势。国家能源局最近公布的1~10月份全国电力工业统计数据显示，全国新增风电并网装机1466万千瓦，同比增加20万千瓦；风电工程累计完成投资708亿元，同比增长79.4亿元。稍早前，山东省能源局印发《山东省优先发电优先购电计划管理暂行办法》，将风电列入了一类优先发电范围。

这让风电设备的安全问题再次引起业内人士的关注。

风电虽好，也有“天敌”

风电作为一种清洁、绿色的可再生能源，被世界各国寄予厚望。然而风电也有一个致命的“天敌”，那就是雷电。

“风电设备的雷电防护是个世界难题。大多风力发电机组都是安装在高原、山地等偏远地区，工作环境也都是露天环境，再加上动辄上百米高的叶片，很容易被雷电击中。”爱邦电磁董事长范晓宇说。该企业是一家从事雷电与复杂电磁防护工程研发的硬科技企业，曾为国产大飞机C919提供雷电防护设计和试验服务。

当雷电击中风电设备时，雷电会释放出巨大能量，造成风电机组叶片损坏、控制元器件烧毁等，进而引发风电场电路故障、火灾等事故，不仅影响风机正常运行，而且危及电网和人员安全。

根据行业内部测算，被雷电击中损伤严重的风机叶片，一次维修费用就要超过10万元；如果叶片不幸报废，更换成本高达上百万元，这还不包括停机维修期间带来的发电损失。

对于近年来新兴的海上风电来说，出海维修一次，费用更加令人咋舌。有统计数字表明，2018年我国海上风电总装机容量为445万千瓦，在建647万千瓦，已成为仅次于英国和德国的世界第三大海上风电国家。可同时，我国部分海上风场每年遭受雷击的次数也高达10次/台以上。

“我们这一行，没消息就是好消息”

欧美发达国家从20世纪60年代开始投入雷电防护的研究，中国则相对起步较晚，主要是引进国外的叶片防雷设计。

“但是，我国雷电环境与国外有很大的不同，很多地区属于高雷暴区域，应用国外设计经常会出现‘水土不服’。”范晓宇说。曾在国内某研究所从事电磁兼容研究的范晓宇感到，国家风电行业在雷电防护方面存在着明显的短板。

2009年，范晓宇与几名志同道合的科研人员脱下军装，开启了创业之路。

10年来，他们陆续开发出新型雷电导流条、雷电抑制器、防雷金属网、雷电记录卡、雷电流智能监测系统等产品。

以雷电流智能监测系统为例，它能够记录一段时间内风机叶片遭受雷击的记录，监测雷电流的峰值、极性、能量等参数，从而实现风场的远程监控，并对未来风场的选址、维护提供有价值的数据。目前，这些雷电防护技术不仅广泛应用于国内风电企业，也远销到阿根廷、日本、墨西哥等国家。

那么，这些风电企业的反馈如何？“没有人再因为雷击损伤来找过我们。”范晓宇说，“我们这一行，没消息就是好消息。”

把风电叶片搬进实验室

爱邦电磁总工程师熊秀介绍，目前，其叶片雷电试验及导流条产品，已占据国内市场90%以上的份额，并形成了咨询、试验、仿真、设计及防护产品在内的行业整体解决方案。

可是，成为国内行业“冠军”并非他们的终极梦想，他们的目标是建设成为雷电与复杂电磁环境领域的世界级实验研发中心。

为此，团队着手建造了一个亚洲最大的雷电与电磁环境系统级实验室。这个坐落在“硬科技之都”陕西西安，十层楼高、70米长的实验室能够开展国产大飞机、风电叶片、大型高端设备等民用系统的防雷检测试验，以及国家重大专项的预研、验证和鉴定任务。

“以前我们国家没有这么大的实验室，要开展防雷试验，只能把叶片切下来一部分，现在我们的新实验室能够直接把整个叶片搬进来，现场模拟自然界的雷击，进行真实、有效的防雷试验。”范晓宇透露，实验室的定位是半开放式的，目前已有不少国内高校在此开展研发工作。

今年9月，爱邦电磁作为唯一一家中国单位参加了在美国举行的2019年国际雷电与静电会议，并有3篇学术论文入选了会议论文。“我国在这个领域入行较晚，但我们也有着自己的优势。我们新上马的型号比较多，给了研发人员大量机会接触实际的工程案例。”范晓宇说，“相信随着国力的增强，中国在雷电防护领域将迅速接近国际先进水平，并在某些独特领域异军突起。”