【风力发电】风力发电机组的尾流及其影响

风力发电机组正在变得越来越大，叶片也变得越来越长，对风力发电机组尾流效应特性的理解，就因此变得越来越重要了。唯有如此，才能正确地找到风力发电机组的最佳排布，获得最优化的发电量，同时使风险得到有效控制。

下面小编就带领大家了解一下尾流的特征以及影响。

1.尾流的定义

因为风力发电机组从风中吸收能量发电，根据能量守恒原理，风吹过风力发电机组后，能量一定比之前降低了。因此，风力发电机组总是在后面形成风影，即尾流，就像船舶驶过后，在水面上形成的尾流。

2.尾流的基本结构特征

风力发电机组尾流的结构包括多个区域，如下图所示，它们分别是近区、中间区和远区。每个区的长度取决于风轮直径的大小，同时还与气压、风速和大气稳定度有关。

1）尾流近区的特征

①长度约为风轮直径的2~4倍；

②随着气流管道扩展到叶片边缘，风力发电机组前面（迎风面）气压增加，然后在风轮面另一侧突然降低，之后在近区内不断增加，直到恢复到自由风流的压力Pa；

③气流管道内部的风速在接近风力发电机组时降低，并在风力发电机组风轮面的另一侧保持不变，然后在近区内，随着气压值逐渐恢复到Pa而继续降低；

④近区内尾流的半径增加，并当气压恢复到Pa时达到最大。由于质量守恒和动量守恒定律，风速下降。

2）尾流中间区的特征

①长度约为风轮直径的2~3倍，当混合层的内边界与中央轴线相交时结束。交点处风速发生变化；

②中间区的气压保持不变，始终等于Pa；

③尾流区的外边界的湍流增加，而中央线处的风速保持不变。

3）尾流远区的特征

①长度超过5倍风轮直径；

②气压不变，等于Pa；

③由于湍流混合，中央线的风速开始稳步增加，恢复到自由气流的风速值Va。

根据每个区的特征，可以选择风力发电机组之间的最佳距离，从而使风力发电机组之间的相互影响最小。由于尾流效应对风向的敏感性，主导风向对风力发电机组的排布方案起到决定性作用。在主导风向上，风力发电机组的距离应该至少达到中间区的末端。

3.尾流对风电场的影响

目前复杂山地风电场较多，较高的湍流强度是复杂风电场的主要特征之一。湍流强度增强了山顶的地形加速效应，并在下风坡以更快的速度衰减，而风力发电机组的存在加强了这一效应。湍流强度的增加降低了风力发电机组的推力系数，这意味着尾流强度变弱，但持续的距离更长。而对于海上风电场，风向对于整个风电场的尾流损失而言非常重要。沿着风力发电机组排布很窄的风向区间内，发电量降低非常显著。当风向偏离排布线后，发电量损失随着风向变化快速减小。

4.结语

由于尾流的存在，风力发电机组之间必须保持一定的距离，既是出于提高发电量的考虑，也是为了使风力发电机组能够安全运行。对风电场尾流效应的研究是风力发电机组排布优化的关键之一，也是实现风电场最佳效益的关键。

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