大入流角、風剪和湍流聯合作用導致偏航齒輪磨損
不僅如此,除了機械部件的損傷外,風機在復雜地形的應用中往往也會出現各種振動故障,如下圖實例所示,由于機位限制,主風向方向上,該風機部署在一個小山包后面,由于受到氣流分離的干擾,經常出現振動和不對風的故障,其故障率是全場平均水平的5倍以上,嚴重影響了風機的可利用率。
山包后面的風機
至此,我們應來看看復雜地形的復雜風況對風機發電量的影響了。
一方面,首當其沖的就是湍流對風機性能的影響,由于風機的旋轉慣量巨大,無法跟上快速的風速變化,那么在大湍流下風機的轉速就不可能時時刻刻處于最優點。如下圖說明了不同湍流下風機的發電性能(功率曲線)的變化。
不同湍流下風機的功率曲線變化
另一方面,復雜地形的異常入流角也會對風機性能造成損失,如下圖所示,與偏航不對風的效果類似,但不同的是,這種情況下風機不能像通過偏航那樣來主動對風,只能 默默地承受發電量損失。
入流角和偏航不對風對風機性能的影響
行文到此,我們更想表達:如何讓風機在復雜地形生存并能更好地捕獲風能,是整個風能行業的共同挑戰。目前主流的風機設計標準一般源于丹麥和德國的設計思想,這兩個國家的地形比較簡單,地勢平坦,風況穩定,由其所主導產生的標準往往不適用于廣大的復雜山區。
值得欣慰是,隨著山地風機應用開發的深入展開,各大廠商也在積極研究解決方案,遠景能源將結合具體實例,與行業分享如何從設計、運維和后評估角度來綜合改進復雜地形風機的應用,有針對性地提出必要的防范手段和解決措施。