0 前言
我国“三北”地区风资源丰富，目前全国装机总容量的76％分布在这一区域。这些地区有一个共同特征就是冬季温度比较低，最低温度低于－30℃，低温问题是这些风电场所面临的一个共同问题。这种情况下机组的运行工况、零部件的性能、机组的可维护性等方面将发生变化，可能会造成风力发电机组超出了设计允许范围，情况严重时甚至会引起严重的安全事故。
针对低温环境的技术标准在风电行业中还是空白。大多数安装在低温地区的风力发电机组是在其标准设产品设计的基础上，采取一些专项的技术改进措施，期望能保证机组的正常安全运行。根据国外一些报道，根据在加拿大北部一些风电场的经验，这些措施起到了一定的作用，但要达到预期要求还需要进行更多富挑战性的创新工作[1][2]。
我国的气候条件与欧洲和北美地区存在巨大的差异，实际情况表明简单照搬国外的做法未必能达到理想的目的，何况目前风电行业还比较缺乏在低温条件下的成功经验。本文在总结金风科技近年来在我国北方风电场的安装、建设以及维护经验的基础上，从风力发电机组的出力特性变化、对零部件性能的影响以及运行维护等方面，对某些低温影响因素进行了初步探讨和分析，抛砖引玉，期望能有更多的业内人士关注研究风力发电机组的低温问题，提高我国风电技术应用和开发水平。
1 低温条件下风力发电机组出力特性的变化
我们知道，风力发电机组风轮的输出功率P 与风轮的气动效率Cp、空气密度ρ、风轮的扫风面积A 以及风速Vw 之间的关系可用下式表示：
显然，随着冬季温度的降低，空气密度将增大。风力发电机组特别是失速型机组的额定出力将增加，可能出现过发过载现象；夏天气温上升，空气密度将下降，将导致机组的出力下降，应有的效益不能完全发挥。特别是在冬夏温度变化比较大的地区，需要对影响出力的叶片安装角等参数进行优化设置和必要的处理，尽量降低因空气密度变化带来的不利影响。
另外一个不容忽视的因素是叶片翼型的气动力也受到表面粗糙度和流体雷诺数的影响。冬季容易出现雾凇现象，叶片表面“结晶”，粗糙度增加，会降低翼型的气动性能；另外在某些特殊天气如风雪交加的条件下，空气的粘性作用和雷诺数将发生很大变化，翼型的最大升力系数和失速临界攻角等特性均会发生较大变化[3][4]。这些现象和对机组的长期影响有待于进一步研究。
2 低温对主要零部件的影响
客观上因为低温的应用范围毕竟有限，此类设备的经验和知识远没有常温和高温环境那样受到广泛的关注。不同种类的零部件受低温的影响是不同的，对于金属机件应根据承受载荷的形式予以区别对待。例如传动系统中的齿轮箱、主轴等，承受冲击载荷，这类零部件需重点防止低温时的脆性断裂，提高材料和机件的多次冲击抗力。材料的化学成分、冶炼方法、晶粒尺寸、扎制方向、应变时效以及冶金缺陷等是影响冲击韧度和冷脆转变温度影响的主要因素，需要在设计时认真对待。采取适当的热处理方法（淬火＋中文回火）能显著提高材料多冲抗力，避免应力集中，表面冷作硬化和提高零件的表面加工质量等措施均能提高多冲载荷下的破断抗力[5]。当然避免在低温情况下出现较大的冲击载荷也是非常关键的，例如在风速较高时机组频繁投切启动，紧急制动等工况对机组的影响是非常不利的，应在设计上采取措施降低此类情况发生的概率。