風(fēng)電場中的風(fēng)機(jī)往往在大氣湍流和風(fēng)機(jī)尾流形成的復(fù)雜環(huán)境中工作，在風(fēng)資源分析過程中，湍流一直是一個(gè)重要的指標(biāo)。

在風(fēng)電業(yè)內(nèi)，湍流是個(gè)神奇的概念，經(jīng)常出現(xiàn)在諸如風(fēng)機(jī)齒輪箱損壞，葉片開裂，基礎(chǔ)開縫，發(fā)電量不達(dá)標(biāo)的分析報(bào)告中。可湍流到底是什么呢？

什么是湍流

湍流是流體的一種流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)流速很小時(shí)，流體分層流動(dòng)，互不混合，稱為層流，也稱為穩(wěn)流或片流；逐漸增加流速，流體的流線開始出現(xiàn)波浪狀的擺動(dòng)，擺動(dòng)的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流況稱為過渡流；當(dāng)流速增加到很大時(shí)，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動(dòng)，還有混合。這時(shí)的流體作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，有垂直于流管軸線方向的分速度產(chǎn)生，這種運(yùn)動(dòng)稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。

風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)是如何界定湍流的呢？專家們想到了萬能的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，根據(jù)IEC61400（由IEC制定的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系列標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定，湍流強(qiáng)度（turbulenceintensity，簡寫為TI）是指10分鐘內(nèi)風(fēng)速隨機(jī)變化幅度大小，是10分鐘平均風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)偏差與同期平均風(fēng)速的比率，是風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中承受的正常疲勞載荷，是IEC61400-1風(fēng)機(jī)安全等級分級的重要參數(shù)之一。

湍流產(chǎn)生的原因主要有兩個(gè),一個(gè)是當(dāng)氣流流動(dòng)時(shí),氣流會(huì)受到地面粗糙度的摩擦或者阻滯作用，另一個(gè)原因是由于空氣密度差異和大氣溫度差異引起的氣流垂直運(yùn)動(dòng)。通常情況下，上述兩個(gè)原因往往同時(shí)導(dǎo)致湍流的發(fā)生。在中性大氣中，空氣會(huì)隨著自身的上升而發(fā)生絕熱冷卻，并與周圍環(huán)境溫度達(dá)到熱平衡，因此在中性大氣中，湍流強(qiáng)度大小完全取決于地表粗糙度情況。

湍流對風(fēng)機(jī)安全性的影響

風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)可循，可是大自然的風(fēng)卻并不那么懂規(guī)矩，我們就需要在根據(jù)特定風(fēng)場的湍流條件來選擇風(fēng)機(jī)。

在風(fēng)場湍流水平超過風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)水平的情況下，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制造出來的風(fēng)機(jī)就很難達(dá)到預(yù)期壽命，原本設(shè)計(jì)壽命20年的風(fēng)機(jī)，在10年甚至8年的時(shí)候，葉根、主軸、機(jī)艙底板等結(jié)構(gòu)件就可能因?yàn)殚L期疲勞超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致的損壞，這樣風(fēng)電場收益將難以實(shí)現(xiàn)。

那么湍流超標(biāo)的情況下，風(fēng)機(jī)是否就一定不能適用呢？考慮到風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)一般高于現(xiàn)場風(fēng)況指標(biāo)，通常可以在經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)提出做載荷仿真以確認(rèn)安全性的需求。比如設(shè)計(jì)年均風(fēng)速為8m/s，湍流為A類的風(fēng)機(jī)。當(dāng)某風(fēng)機(jī)位湍流0.162，但年平均風(fēng)速只有7m/s的情況下，我們就可以嘗試將機(jī)位處的參數(shù)加入到風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的模型中，通過仿真，來判斷風(fēng)機(jī)是否能夠滿足這種風(fēng)場條件下的安全性要求。如果可以滿足，那么這款風(fēng)機(jī)就可以適用于該風(fēng)電場。

湍流對發(fā)電量的影響

歸根結(jié)底，大家最在意的還是咱們風(fēng)場能發(fā)多少“真金白銀”。但說到湍流對風(fēng)場實(shí)際發(fā)電量的影響，不得不首先提到靜態(tài)功率曲線和動(dòng)態(tài)功率曲線。目前行業(yè)內(nèi)很多場合下，在評估發(fā)電量的時(shí)候所使用的功率曲線仍然為“靜態(tài)功率曲線”，這是非常不科學(xué)的，因?yàn)殪o態(tài)功率曲線是假設(shè)環(huán)境湍流為0的情況下繪制出來的理想條件功率曲線，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中是不可能存在的，這會(huì)造成對發(fā)電量評估的嚴(yán)重高估。科學(xué)的方法應(yīng)該是根據(jù)評估場址的實(shí)際環(huán)境湍流，采用與之相應(yīng)的“動(dòng)態(tài)功率曲線”，為評估電量提供更明確和真實(shí)的參考。