風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正在變得越來(lái)越大，葉片也變得越來(lái)越長(zhǎng)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尾流效應(yīng)特性的理解，就因此變得越來(lái)越重要了。唯有如此，才能正確地找到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最佳排布，獲得最優(yōu)化的發(fā)電量，同時(shí)使風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制。
下面小編就帶領(lǐng)大家了解一下尾流的特征以及影響。
1.尾流的定義
因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組從風(fēng)中吸收能量發(fā)電，根據(jù)能量守恒原理，風(fēng)吹過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組后，能量一定比之前降低了。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總是在后面形成風(fēng)影，即尾流，就像船舶駛過(guò)后，在水面上形成的尾流。
圖1 風(fēng)電場(chǎng)的尾流圖
2.尾流的基本結(jié)構(gòu)特征
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尾流的結(jié)構(gòu)包括多個(gè)區(qū)域，如下圖所示，它們分別是近區(qū)、中間區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)。每個(gè)區(qū)的長(zhǎng)度取決于風(fēng)輪直徑的大小，同時(shí)還與氣壓、風(fēng)速和大氣穩(wěn)定度有關(guān)。
圖2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尾流結(jié)構(gòu)
1）尾流近區(qū)的特征
①長(zhǎng)度約為風(fēng)輪直徑的2~4倍；
②隨著氣流管道擴(kuò)展到葉片邊緣，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組前面（迎風(fēng)面）氣壓增加，然后在風(fēng)輪面另一側(cè)突然降低，之后在近區(qū)內(nèi)不斷增加，直到恢復(fù)到自由風(fēng)流的壓力Pa；
③氣流管道內(nèi)部的風(fēng)速在接近風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時(shí)降低，并在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪面的另一側(cè)保持不變，然后在近區(qū)內(nèi)，隨著氣壓值逐漸恢復(fù)到Pa而繼續(xù)降低；
④近區(qū)內(nèi)尾流的半徑增加，并當(dāng)氣壓恢復(fù)到Pa時(shí)達(dá)到最大。由于質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒定律，風(fēng)速下降。
2）尾流中間區(qū)的特征
①長(zhǎng)度約為風(fēng)輪直徑的2~3倍，當(dāng)混合層的內(nèi)邊界與中央軸線相交時(shí)結(jié)束。交點(diǎn)處風(fēng)速發(fā)生變化；
②中間區(qū)的氣壓保持不變，始終等于Pa；
③尾流區(qū)的外邊界的湍流增加，而中央線處的風(fēng)速保持不變。
3）尾流遠(yuǎn)區(qū)的特征
①長(zhǎng)度超過(guò)5倍風(fēng)輪直徑；
②氣壓不變，等于Pa；
③由于湍流混合，中央線的風(fēng)速開(kāi)始穩(wěn)步增加，恢復(fù)到自由氣流的風(fēng)速值Va。
根據(jù)每個(gè)區(qū)的特征，可以選擇風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間的最佳距離，從而使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間的相互影響最小。由于尾流效應(yīng)對(duì)風(fēng)向的敏感性，主導(dǎo)風(fēng)向?qū)︼L(fēng)力發(fā)電機(jī)組的排布方案起到?jīng)Q定性作用。在主導(dǎo)風(fēng)向上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的距離應(yīng)該至少達(dá)到中間區(qū)的末端。
3.尾流對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響
目前復(fù)雜山地風(fēng)電場(chǎng)較多，較高的湍流強(qiáng)度是復(fù)雜風(fēng)電場(chǎng)的主要特征之一。湍流強(qiáng)度增強(qiáng)了山頂?shù)牡匦渭铀傩?yīng)，并在下風(fēng)坡以更快的速度衰減，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的存在加強(qiáng)了這一效應(yīng)。湍流強(qiáng)度的增加降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的推力系數(shù)，這意味著尾流強(qiáng)度變?nèi)酰掷m(xù)的距離更長(zhǎng)。而對(duì)于海上風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)向?qū)τ谡麄€(gè)風(fēng)電場(chǎng)的尾流損失而言非常重要。沿著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排布很窄的風(fēng)向區(qū)間內(nèi)，發(fā)電量降低非常顯著。當(dāng)風(fēng)向偏離排布線后，發(fā)電量損失隨著風(fēng)向變化快速減小。
4.結(jié)語(yǔ)
由于尾流的存在，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間必須保持一定的距離，既是出于提高發(fā)電量的考慮，也是為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠安全運(yùn)行。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)的研究是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排布優(yōu)化的關(guān)鍵之一，也是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)最佳效益的關(guān)鍵。
