風力發(fā)電機組正在變得越來越大，葉片也變得越來越長，對風力發(fā)電機組尾流效應特性的理解，就因此變得越來越重要了。唯有如此，才能正確地找到風力發(fā)電機組的最佳排布，獲得最優(yōu)化的發(fā)電量，同時使風險得到有效控制。
下面小編就帶領大家了解一下尾流的特征以及影響。
1.尾流的定義
因為風力發(fā)電機組從風中吸收能量發(fā)電，根據(jù)能量守恒原理，風吹過風力發(fā)電機組后，能量一定比之前降低了。因此，風力發(fā)電機組總是在后面形成風影，即尾流，就像船舶駛過后，在水面上形成的尾流。
圖1 風電場的尾流圖
2.尾流的基本結構特征
風力發(fā)電機組尾流的結構包括多個區(qū)域，如下圖所示，它們分別是近區(qū)、中間區(qū)和遠區(qū)。每個區(qū)的長度取決于風輪直徑的大小，同時還與氣壓、風速和大氣穩(wěn)定度有關。
圖2 風力發(fā)電機組尾流結構
1）尾流近區(qū)的特征
①長度約為風輪直徑的2~4倍；
②隨著氣流管道擴展到葉片邊緣，風力發(fā)電機組前面（迎風面）氣壓增加，然后在風輪面另一側(cè)突然降低，之后在近區(qū)內(nèi)不斷增加，直到恢復到自由風流的壓力Pa；
③氣流管道內(nèi)部的風速在接近風力發(fā)電機組時降低，并在風力發(fā)電機組風輪面的另一側(cè)保持不變，然后在近區(qū)內(nèi)，隨著氣壓值逐漸恢復到Pa而繼續(xù)降低；
④近區(qū)內(nèi)尾流的半徑增加，并當氣壓恢復到Pa時達到最大。由于質(zhì)量守恒和動量守恒定律，風速下降。
2）尾流中間區(qū)的特征
①長度約為風輪直徑的2~3倍，當混合層的內(nèi)邊界與中央軸線相交時結束。交點處風速發(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，而中央線處的風速保持不變。
3）尾流遠區(qū)的特征
①長度超過5倍風輪直徑；
②氣壓不變，等于Pa；
③由于湍流混合，中央線的風速開始穩(wěn)步增加，恢復到自由氣流的風速值Va。
根據(jù)每個區(qū)的特征，可以選擇風力發(fā)電機組之間的最佳距離，從而使風力發(fā)電機組之間的相互影響最小。由于尾流效應對風向的敏感性，主導風向?qū)︼L力發(fā)電機組的排布方案起到?jīng)Q定性作用。在主導風向上，風力發(fā)電機組的距離應該至少達到中間區(qū)的末端。
3.尾流對風電場的影響
目前復雜山地風電場較多，較高的湍流強度是復雜風電場的主要特征之一。湍流強度增強了山頂?shù)牡匦渭铀傩⒃谙嘛L坡以更快的速度衰減，而風力發(fā)電機組的存在加強了這一效應。湍流強度的增加降低了風力發(fā)電機組的推力系數(shù)，這意味著尾流強度變?nèi)酰掷m(xù)的距離更長。而對于海上風電場，風向?qū)τ谡麄€風電場的尾流損失而言非常重要。沿著風力發(fā)電機組排布很窄的風向區(qū)間內(nèi)，發(fā)電量降低非常顯著。當風向偏離排布線后，發(fā)電量損失隨著風向變化快速減小。
4.結語
由于尾流的存在，風力發(fā)電機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，也是為了使風力發(fā)電機組能夠安全運行。對風電場尾流效應的研究是風力發(fā)電機組排布優(yōu)化的關鍵之一，也是實現(xiàn)風電場最佳效益的關鍵。
