復雜地形的風究竟啥性情？！

　　書上說風能是一種取之不盡的清潔能源，可現實是容易開發的區域越來越少，勇敢的開發者只好向地形復雜的山地區域進軍，而這些區域地形起伏大、變化多，風能資源分布不均勻，且氣候條件比較復雜、植被繁多，風況變化多端，使得風機的應用環境變得格外復雜。
　　簡單地說，復雜地形的風況因地形而生。
　　我們改變不了地形，我們必須認識和掌握這類地形的風。唯有這樣，我們才能知道風機在運行過程中會遇到的問題，不能因為風耍個性壞了風機的發電性能和性命。
　　那好問題來了，破壞風機的復雜地形的風究竟是什么性情？！
　　先來說風機在復雜多變風況中遇到的問題。復雜的山地，地勢起伏，風機只能部署在山脊上，而大部分情況下主風向垂直于山脊，這就造成了山地風況與平地風況的區別。
　　如下圖所示，由于地面摩擦力的影響，風速在豎直方向上的分布一般呈對數分布，但在中性大氣條件下遇到陡坡后，風速的分布就不再遵守對數分布，而是更加均勻；更有甚者，在穩定大氣條件下，坡頂上的風更可能出現負剪切的情況，也就是說，高度低的風速高，高度高的風速反而低。 　　值得注意的是，還有一些極端情況，由于機位限制或者施工條件限制，風機不得不部署在山脊背后，此時風況將會變得更加惡劣，如下左圖所示那樣，風吹過山坡后，由于分離效應，使得山坡后的風產生非常大的旋流和湍流，甚至存在著氣泡；如下右圖所示，若將風機立于此地，風機將經受極端異常的嚴苛環境的考驗。 　　舉個實例，下左圖描述了某風電場某機位風剪和風速的分布，可以看到風剪切大部分情況都在0附近，極端情況可能低于-0.2，而一般風機設計時是按照+0.2進行載荷校驗的。風剪越負，則代表了風機的疲勞載荷越大，且很可能帶來葉片與塔筒凈空不足的問題。
　　下右圖則描述了該機位風剪與風向的關聯性，可以清晰看出，在30度和100度附近，風剪切明顯偏向負值，這兩個風向正好也是朝向陡坡。 　　必須提示的是，入流角的變化，也是復雜地形帶來的一個危害。比如，下圖所示的某風電場入流角與風向的關聯性，從地勢平坦方向來流的風，入流角集中在2至8度之間，沒有超出一般設計風機時采用的8度入流角；而當從陡坡方向來流時，入流角大約在10 度附近，超出風機設計標準。 　　所以，復雜地形所帶來的復雜風況，超出了風機設計時所考慮的標準和極限范圍，給風機的強度、壽命以及發電性能帶來很大的危害。
　　接下來，要看看復雜地形的風對風機的危害了。
　　眾所周知，風機靠捕獲風能發電，捕獲風能的同時也要接受風帶來的載荷，而風機是否能穩定的發電20年，很大程度上取決于風況的復雜程度。多種因素影響著風機的載荷，包括絕對風速、湍流、入流角、偏航誤差等等，而在復雜地形區域，這些因素往往都會大于目前風機的設計值。須要說明的是，這些針對風機而來的影響不是單方面、單因素的，往往是各種因素加和產生的影響。
　　較為明顯的危害是，復雜地形下容易出現的大入流角會造成風機風輪平面受載不均衡，如下圖已經說明了這一點。簡單點說，入流角過大產生的危害和風機風輪不對風的危害類似，容易使主軸承受異常的不平衡載荷，造成軸承、齒輪箱和彈性支承的損壞。 　　另外，大負剪和大湍流的結合會加速偏航系統的老化，造成偏航齒圈損壞（見下圖），嚴重時可能還會造成機艙和主機架的損壞。