信也得信,不信也得信,湍流就是風(fēng)機(jī)實(shí)時發(fā)電過程中的大惡魔,在這一點(diǎn)上沒有之一。
由于與生俱來的隨機(jī)性和強(qiáng)非線性,即便你懂得風(fēng)的軌跡,也很難預(yù)測到這個惡魔何時會跑出來破壞風(fēng)力發(fā)電,所以只能在分析報告中看到它的蹤跡——比如風(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),等等,諸如此類的問題無不與湍流有關(guān),也就是說,這個惡魔脫不了干系,可這個看不見摸不著的東西究竟是什么呢?
如果你缺少專業(yè)知識,那就得補(bǔ)腦了,看看百科中的標(biāo)準(zhǔn)答案解釋:“湍流又稱紊流,指的是流體的非均勻流動。”這句話能懂的就懂了,再看看下面這段話,即使不懂也會知道湍流到底是個什么級別的風(fēng)電難題了。
“湍流的復(fù)雜,使得它幾乎不可能用任何數(shù)學(xué)方法準(zhǔn)確描述,在過去的一個世紀(jì)里,科學(xué)家們先后發(fā)明了渦粘性和混合長度理論、能量級串理論、流動穩(wěn)定性理論等對它進(jìn)行說明和解釋,但始終沒有實(shí)現(xiàn)對湍流的完全模擬,它也因而成為流體力學(xué)的世紀(jì)難題。”
難題也不過是難題而已,只要風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)師們和湍流這個惡魔來一番斗智斗勇,風(fēng)機(jī)安全性和良好的發(fā)電性能是可以有保障的,但前提是要先了解下風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)湍流等級,然后就是湍流對風(fēng)機(jī)安全性和發(fā)電量究竟有哪些影響。
那么,什么是風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)湍流的等級標(biāo)準(zhǔn)呢?先看最新IEC61400標(biāo)準(zhǔn)(由IEC制定的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系列標(biāo)準(zhǔn))對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全等級分類,看個表吧:
請注意,Vref是指風(fēng)電場50年一遇的10分鐘最大風(fēng)速;Iref是指15m/s時的湍流強(qiáng)度的平均值;A是指高湍流強(qiáng)度等級,B是指中等湍流等級,C是指低等湍流強(qiáng)度。
再說一遍,無論哪位大神都很難用數(shù)學(xué)方法準(zhǔn)確描述湍流,那么風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)是如何界定湍流的呢?接地氣的專家們搬出了萬能的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,根據(jù)IEC61400標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,湍流強(qiáng)度(TI)是指10分鐘內(nèi)風(fēng)速隨機(jī)變化的幅度,也就是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。實(shí)際上,這就是風(fēng)機(jī)運(yùn)行中承受的正常疲勞載荷,也是IEC61400-1風(fēng)機(jī)安全等級分級的重要參數(shù)之一。
與高難度的湍流畫像相比,看看湍流產(chǎn)生的原因就簡單多了:一個原因是當(dāng)氣流流動時,氣流會受到地面粗糙度的摩擦或者阻滯作用;另一個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。