风电场中的风机往往在大气湍流和风机尾流形成的复杂环境

在风电行业，湍流是一个神奇的概念，经常出现在风电机组齿轮箱损坏、叶片开裂、地基裂缝、发电不合格等分析报告中。 但湍流到底是什么？

什么是湍流

湍流是流体的一种流动状态。 当流量很小时，流体分层流动，不发生混合，称为层流，又称稳流或片流； 随着流量的逐渐增加，流体流线开始呈波浪状振荡，且振荡的频率和幅度随流量的变化而变化。 这种流动工况称为过渡流； 当流速增大到很大程度时，流线不再清晰可辨，流场中存在许多小涡流。 层流被破坏，相邻流层之间不仅存在间隙。 滑动并混合。 此时，流体作不规则运动，并具有垂直于流管轴线的速度分量。 这种运动称为湍流，又称湍流、湍流或湍流。

风扇设计如何定义湍流？ 专家们想到了一种通用的统计方法。 根据（IEC制定的风力发电机组系列标准），湍流强度（简称TI）是指10分钟内风速随机变化的幅度，是10分钟平均风速的标准。 偏差与同期平均风速的比值是风机在运行过程中所承受的正常疲劳载荷，是-1级风机安全等级划分的重要参数之一。

造成湍流的主要原因有两个。 一是空气流动时，气流会受到地面粗糙度的摩擦或阻碍。 另一个原因是空气密度和大气温度差异引起的气流垂直运动。 通常，以上两种原因往往会同时导致湍流的发生。 在中性大气中，空气在上升时会经历绝热冷却并与周围环境温度达到热平衡。 因此，在中性大气中，湍流的强度完全取决于表面粗糙度。

湍流对风力机安全的影响

风扇设计有标准可循，但自然界的风并不知道规则。 我们需要根据具体风场的湍流情况来选择风机。

当风场的湍流程度超过风机的设计水平时，按照设计标准制造的风机很难达到预期寿命。 原本设计寿命为20年的风力发电机，10年甚至8年后就会失去叶根、主轴、机舱。 底板等结构件可能因长期疲劳超过设计标准而损坏，风电场效益难以发挥。

那么当紊流度超标时，风扇就一定不适合了吗？ 考虑到风机的设计参数普遍高于现场风况指标，通常可以在经验范围内提出需要进行载荷模拟来确认安全性。 例如，设计年平均风速为8m/s，紊流度为A级风机。 当某风机处湍流度为0.162，但年平均风速仅为7m/s时，可以尝试将该风机处的参数添加到风机设计模型中，通过仿真来判断该风机是否可以正常工作。遇见这风场。 条件下的安全要求。 如果能够满足的话，那么该风机就可以适合风电场。

湍流对发电的影响

归根结底，大家最关心的是我们的风电场能产生多少“真金白银”。 但说到湍流对风电场实际发电的影响，我们首先要提到静态功率曲线和动态功率曲线。 目前业界很多情况下，评估发电量时所使用的功率曲线仍然是“静态功率曲线”，这是非常不科学的，因为静态功率曲线是假设环境湍流度为0时的理想图。条件功率曲线在真实环境中不可能存在，这将导致发电评估的严重高估。 科学的方法应该是根据评估场地的实际环境湍流情况，使用相应的“动态功率曲线”，为评估功率提供更清晰、更现实的参考。