通常情況下，上述兩個原因往往同時導致湍流的發(fā)生。在中性大氣中，空氣會隨著自身的上升而發(fā)生絕熱冷卻，并與周圍環(huán)境溫度達到熱平衡，因此在中性大氣中，湍流強度大小完全取決于地表粗糙度情況。
叨叨了這么多，也該說說這個惡魔對風機的影響了。
先來看湍流對風機安全性的影響。按道理講，風機設(shè)計有標準可循，可風卻并不那么懂設(shè)計師的規(guī)矩，所以設(shè)計師必須要根據(jù)特定風場的湍流條件來選擇風機，否則后果就嚴重了：在風場湍流水平超過風機設(shè)計水平的情況下，按設(shè)計標準制造出來的風機就很難達到預期壽命，原本設(shè)計壽命20年的風機，在10年甚至8年的時候，葉根、主軸、機艙底板等結(jié)構(gòu)件就可能出現(xiàn)因為長期疲勞超出設(shè)計標準而導致的損壞，這樣風電場的收益將難以實現(xiàn)。
到此，問題來了：是不是在湍流超標的情況下，風機就一定不能適用呢？考慮到風機設(shè)計參數(shù)一般高于現(xiàn)場風況指標，通常可以在經(jīng)驗范圍內(nèi)提出做載荷仿真以確認安全性的需求。比如設(shè)計年均風速為8m/s、湍流強度為A類的風機，當某風機位湍流強度平均值為0.162，但年平均風速只有7m/s的情況下，設(shè)計師就可以嘗試將機位處的參數(shù)加入到風機設(shè)計的模型中，通過仿真來判斷風機是否能夠滿足這種風場條件下的安全性要求。如果可以滿足，那么這款風機就可以適用于該風電場。
再來看湍流對發(fā)電量的影響。說到湍流對風場實際發(fā)電量的影響，不得不說的是靜態(tài)功率曲線和動態(tài)功率曲線。目前行業(yè)內(nèi)很多場合下，在評估發(fā)電量時所使用的功率曲線仍然為“靜態(tài)功率曲線”，這是非常不科學的，因為靜態(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，這在現(xiàn)實環(huán)境中是不可能存在的，這也是為什么發(fā)電量總是被嚴重高估的主要原因。
科學的方法應是根據(jù)評估場址的實際環(huán)境湍流，采用與之相應的“動態(tài)功率曲線”作為評估電量提供更明確和真實的參考，而不是“靜態(tài)功率曲線”。
那么，這兩種功率曲線的實質(zhì)性區(qū)別在哪呢？
“靜態(tài)功率曲線”是理論值，它是假設(shè)湍流為0、在給定不同的恒定風速情況下，風機所對應的靜態(tài)輸出功率，其功率曲線反映的是風機理論上的最大發(fā)電能力，它是由風機葉片翼型的Cp決定的，無法體現(xiàn)風機本身在真實環(huán)境中應對湍流的動態(tài)性能特點。
“動態(tài)功率曲線”是指考慮湍流條件，即在風速非恒定情況下風機的實際功率輸出，也就是說，它是通過設(shè)定風速湍流條件下，風機控制系統(tǒng)實際響應下的功率輸出，是風機真實發(fā)電性能表現(xiàn)。
下面這張圖，可以幫助你認識和理解低湍流、中湍流和高湍流的“動態(tài)功率曲線”。
由圖可見，“動態(tài)功率曲線”和“靜態(tài)功率曲線”最大的差異是在額定風速附近，“靜態(tài)功率曲線”在額定風速上是一個生硬的拐點，而“動態(tài)功率曲線”在額定風速附近都會顯著低于“靜態(tài)功率曲線”，這恰恰就是實際風能轉(zhuǎn)換效率和理論風能轉(zhuǎn)換效率偏差發(fā)生最大的風速區(qū)間。
原因很簡單，風機在這個風速區(qū)間正是額定風速上下的范圍，其控制面臨著一個尷尬的境地。理想情況是，當超過額定風速時，風機的控制目標是將風能卸掉，但不能多也不能少，正好夠滿發(fā)；而當風速低于額定風速時，風機的控制目標是盡量捕獲最多的能量。
但現(xiàn)實情況是，風速在瞬態(tài)會時而高于額定風速，時而低于額定風速，如果不采用激光雷達技術(shù)，很難預見下一時刻的風速。風機可能在風速高于額定風速時過度變槳而卸掉了更多的風能，導致不能滿發(fā)。相反，當風速低于額定風速時，風機也可能還處于上一時刻卸掉風能的變槳狀態(tài)，導致風能轉(zhuǎn)換效率進一步降低，而大風輪慣量的增加，也加劇了這種低能量轉(zhuǎn)化在傳統(tǒng)風機的常態(tài)化。這就是為什么有些使用了大風輪傳統(tǒng)風機的業(yè)主抱怨風機過度偏離理論發(fā)電性能的原因吧。
到此，也許你會發(fā)現(xiàn)，戰(zhàn)勝湍流這個惡魔才是提升風機風能轉(zhuǎn)換效率的最大挑戰(zhàn)，而遠景智能風機已讓這一挑戰(zhàn)不再是挑戰(zhàn)。那么，遠景智能風機究竟有了哪些新技術(shù)、新亮點，咱們下次再約，不見不散！
