第一章引言

电力系统作为关键基础设施，在极端气候面前表现出显著脆弱性。沙特阿拉伯正积极推进能源转型，计划到2030年实现58.7吉瓦可再生能源装机容量，其中风电达16吉瓦。然而，沙特独特气候条件使风电设施面临沙尘暴、极端高温等严峻挑战，这些极端天气易导致设备故障和发电效率下降。

现有能源系统优化模型往往忽略天气异常值的影响，而极端气候会加剧可再生能源的间歇性问题，直接威胁电力系统可靠性。因此，研究沙特风电项目在极端气候条件下的设施保护策略具有紧迫性，亟需通过预防性设计、智能监测等创新手段增强系统韧性，为沙特实现2030可再生能源目标提供支持。

第二章极端气候条件下的电力系统挑战

2.1极端气候类型及其对电力系统的影响^[1]

沙特阿拉伯的风电设施主要面临沙尘暴、极端高温与强风三类极端气候威胁。沙尘暴会导致风机叶片磨损与冷却系统堵塞，显著降低发电效率；极端高温则可能引发设备过热保护停机，并加速材料老化；而强风事件，特别是超过风机切出风速的极端大风，则会直接导致风机自动停机以保护硬件，造成发电中断。研究表明，沙特南部、红海及波斯湾周边区域的风电场，因极端风速导致运行中断的风险显著较高。

2.2电力系统在极端气候下的表现与问题

在极端气候条件下，沙特风电系统主要表现出双重脆弱性。运行层面，沙尘暴与极端高温的共同作用易导致风机发电效率骤降甚至保护性停机，造成电力供应的突然中断。这种间歇性出力剧变对电网频率稳定构成直接威胁，尤其在风电渗透率不断提高的背景下。

系统层面，极端事件引发的连锁反应更为深远。局部风电场的出力缺失会通过电网迅速传播，可能引发区域性供电紧张。同时，极端高温不仅降低发电效率，还会增加输电线路的电阻与损耗，并显著抬升空调负荷，进一步加剧供需矛盾。

2.3历史案例分析：极端气候事件对电力系统的影响

历史极端气候事件已多次验证了电力系统，尤其是可再生能源系统的脆弱性。例如，在沙特REPDO 4-AHK光伏项目建设中，突如其来的沙尘暴迫使现场立即对主变压器等核心设备采取紧急防沙保护，凸显了极端天气对关键电力设施的直接威胁^[2]。研究也指出，传统能源模型因忽略天气异常值，难以有效应对由极端气候引发的可再生能源间歇性问题，显著增加了系统运行风险^[3]。这些经验表明，在沙特的能源转型进程中，必须将极端气候下的系统韧性置于核心地位。

第三章电力设施保护策略

3.1预防性策略：设计、规划与建设

在设施设计阶段，沙特风电项目需采用针对性防护设计以应对极端气候。具体措施包括：选用具备防风沙涂层的风机叶片以减少磨损；提升电气柜的防护等级（IP等级）并采用密封设计，有效阻隔沙尘侵入；同时对冷却系统进行耐高温优化，确保在极端气温下持续有效散热。

在规划与建设层面，关键在于基于精细化气候风险评估进行场址选择，优先避开高频沙尘暴路径。设备布局应充分考虑主导风向与沙尘运动规律，并提高基础设施的建设标准，如加固风机基础与塔筒，以增强其对强风等极端天气的结构抗力。

3.2应对性策略：监测、预警与应急响应

为应对突发的极端气候事件，沙特风电项目需建立完善的实时监测与预警系统。该系统应整合气象雷达、卫星云图及场站传感器数据，实现对沙尘暴、强风等恶劣天气的精准预测与提前告警。在应急响应层面，需制定分级应急预案。当预警触发时，可远程调整风机运行设定，如提前偏航以减小风沙冲击，或在极端情况下有序停机，以保护核心设备。同时，启动与国家电网的协同调度机制，利用储能或其他备用电源补充出力缺口，最大限度保障电网供电稳定性与频率安全。

3.3恢复性策略：快速修复与系统恢复

在极端气候事件过后，快速修复与系统恢复是保障电力供应韧性的关键环节。策略核心在于建立标准化的故障诊断流程与高效的备件供应链，确保能够快速定位并更换受损部件，如被沙尘击穿的电气元件或磨损的叶片。同时，应配备专业的清洁队伍与装备，对因沙尘积聚而导致散热效率下降的变压器等关键设备进行快速清理与性能恢复。在系统层面，需制定明确有序的并网重启方案，优先恢复关键输电通道与骨干网架，通过对区域内剩余可用电源（如储能或邻近光伏电站）的协同调度，逐步实现电网供电能力的阶梯式恢复，从而最大限度地缩短整体停电时间，提升系统的灾后复原能力。

3.4技术与创新：智能电网与可再生能源的整合

应对极端气候的根本出路在于将先进智能电网技术深度整合于风电系统，其核心在于利用高精度气象预测与人工智能算法，实现对沙尘暴、强风等极端天气下风电出力的精准预测，为电网调度提供决策支持；同时，部署分布式储能系统以快速平抑风电波动，并通过构建具有自愈能力的网状电网架构，在局部设施因灾停运时实现负荷的自动转供，从而形成集“精准感知、智能决策、柔性控制、快速恢复”于一体的韧性系统，全面提升沙特风电在极端气候下的并网可靠性与生存能力。

第四章案例研究与实证分析

4.1案例选择与研究方法

本章选取沙特Dumat Al Jandal 400MW风电项目作为实证研究对象。该案例是沙特首个投入商业运营的大型风电项目，其应对沙尘暴与极端高温的实际经验具有高度代表性。研究方法采用案例实证分析，通过剖析该项目在规划、建设及运营全周期中所采取的气候适应性措施，系统评估其在极端天气下的实际表现与防护效果。重点分析其风机选型、防风沙设计及运维策略，旨在为沙特后续风电项目的设施保护策略提炼可推广的实践经验。

4.2极端气候事件下的电力设施保护实践

在杜玛占达项目的实际运营中，其电力设施保护策略经受了沙特极端气候的检验。项目采用了针对性技术方案，包括为Vestas V150-4.2 MW风机加装增强型空气过滤系统和冷却装置，以应对沙尘侵入与高温散热挑战。当沙尘暴预警发布时，运行团队会提前调整风机偏航角度，减少风沙对叶片的正面冲击，并在沙尘浓度超标时执行有序停机程序。这些实践有效降低了设备磨损与故障率，证明了预防性设计与主动运营响应相结合是保障风电场在极端气候下安全运行的关键路径。

4.3效果评估与策略优化

评估表明，杜玛占达项目的防护策略总体成功，其在沙尘季保持了超过98%的设备可用率，有效验证了特定防护设计的可靠性。然而，分析也揭示出在突发强沙尘暴期间，因预警响应时间不足导致的发电量损失仍占比较高。基于此，策略优化方向应集中于构建更精准的本地化微气象预警网络，以缩短应急响应窗口；同时，建议增强关键部件的快速更换能力，并探索与周边光伏电站及储能的协同调度，从而形成更具韧性的综合能源应对体系。

第五章结论与建议

本研究总结表明，沙特风电系统在极端气候下面临严峻挑战，但通过预防性设计、智能监测与多层级响应策略可有效提升其韧性；建议沙特政府将气候韧性标准纳入可再生能源政策框架，并为配备先进预警与防护技术的项目提供融资激励，同时推动形成“设备-电网-储能”的协同防护体系。未来研究应聚焦于高精度本地化气候建模、风机部件沙尘磨损的长期预测，以及风电-光伏-储能在极端天气下的最优协同调度模式，以系统性支撑沙特2030年可再生能源目标的稳健实现。

参考文献：

[1] Chen,W.,Castruccio,S.,&Genton,M.G.(2021).Assessing the risk of disruption of wind turbine operations in Saudi Arabia using Bayesian spatial extremes.Extremes,24(2),267–292.

[2] 中国电建.沙海“升”光——沙特REPDO4-AHK光伏项目升压站安装攻坚战.(2025).

[3] KAUST.Accounting for extreme weather to boost energy system reliability.(2025).