信也得信，不信也得信，湍流就是風(fēng)機實時發(fā)電過程中的大惡魔，在這一點上沒有之一。

由于與生俱來的隨機性和強非線性，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)定性理論等對它進行說明和解釋，但始終沒有實現(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)機設(shè)計師們和湍流這個惡魔來一番斗智斗勇，風(fēng)機安全性和良好的發(fā)電性能是可以有保障的，但前提是要先了解下風(fēng)機設(shè)計湍流等級，然后就是湍流對風(fēng)機安全性和發(fā)電量究竟有哪些影響。

那么，什么是風(fēng)機設(shè)計湍流的等級標(biāo)準(zhǔn)呢？先看最新IEC61400標(biāo)準(zhǔn)（由IEC制定的風(fēng)力發(fā)電機組系列標(biāo)準(zhǔn)）對風(fēng)力發(fā)電機組的安全等級分類，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時的湍流強度的平均值；A是指高湍流強度等級，B是指中等湍流等級，C是指低等湍流強度。

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)機設(shè)計是如何界定湍流的呢？接地氣的專家們搬出了萬能的統(tǒng)計學(xué)方法，根據(jù)IEC61400標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，湍流強度（TI）是指10分鐘內(nèi)風(fēng)速隨機變化的幅度，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。實際上，這就是風(fēng)機運行中承受的正常疲勞載荷，也是IEC61400-1風(fēng)機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動。

通常情況下，上述兩個原因往往同時導(dǎo)致湍流的發(fā)生。在中性大氣中，空氣會隨著自身的上升而發(fā)生絕熱冷卻，并與周圍環(huán)境溫度達(dá)到熱平衡，因此在中性大氣中，湍流強度大小完全取決于地表粗糙度情況。

叨叨了這么多，也該說說這個惡魔對風(fēng)機的影響了。

先來看湍流對風(fēng)機安全性的影響。按道理講，風(fēng)機設(shè)計有標(biāo)準(zhǔn)可循，可風(fēng)卻并不那么懂設(shè)計師的規(guī)矩，所以設(shè)計師必須要根據(jù)特定風(fēng)場的湍流條件來選擇風(fēng)機，否則后果就嚴(yán)重了：在風(fēng)場湍流水平超過風(fēng)機設(shè)計水平的情況下，按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)制造出來的風(fēng)機就很難達(dá)到預(yù)期壽命，原本設(shè)計壽命20年的風(fēng)機，在10年甚至8年的時候，葉根、主軸、機艙底板等結(jié)構(gòu)件就可能出現(xiàn)因為長期疲勞超出設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致的損壞，這樣風(fēng)電場的收益將難以實現(xiàn)。

到此，問題來了：是不是在湍流超標(biāo)的情況下，風(fēng)機就一定不能適用呢？考慮到風(fēng)機設(shè)計參數(shù)一般高于現(xiàn)場風(fēng)況指標(biāo)，通常可以在經(jīng)驗范圍內(nèi)提出做載荷仿真以確認(rèn)安全性的需求。比如設(shè)計年均風(fēng)速為8m/s、湍流強度為A類的風(fēng)機，當(dāng)某風(fēng)機位湍流強度平均值為0.162，但年平均風(fēng)速只有7m/s的情況下，設(shè)計師就可以嘗試將機位處的參數(shù)加入到風(fēng)機設(shè)計的模型中，通過仿真來判斷風(fēng)機是否能夠滿足這種風(fēng)場條件下的安全性要求。如果可以滿足，那么這款風(fēng)機就可以適用于該風(fēng)電場。

再來看湍流對發(fā)電量的影響。說到湍流對風(fēng)場實際發(fā)電量的影響，不得不說的是靜態(tài)功率曲線和動態(tài)功率曲線。目前行業(yè)內(nèi)很多場合下，在評估發(fā)電量時所使用的功率曲線仍然為“靜態(tài)功率曲線”，這是非常不科學(xué)的，因為靜態(tài)功率曲線是假設(shè)環(huán)境湍流為0的情況下繪制出來的理想條件功率曲線，這在現(xiàn)實環(huán)境中是不可能存在的，這也是為什么發(fā)電量總是被嚴(yán)重高估的主要原因。

科學(xué)的方法應(yīng)是根據(jù)評估場址的實際環(huán)境湍流，采用與之相應(yīng)的“動態(tài)功率曲線”作為評估電量提供更明確和真實的參考，而不是“靜態(tài)功率曲線”。

那么，這兩種功率曲線的實質(zhì)性區(qū)別在哪呢？

“靜態(tài)功率曲線”是理論值，它是假設(shè)湍流為0、在給定不同的恒定風(fēng)速情況下，風(fēng)機所對應(yīng)的靜態(tài)輸出功率，其功率曲線反映的是風(fēng)機理論上的最大發(fā)電能力，它是由風(fēng)機葉片翼型的Cp決定的，無法體現(xiàn)風(fēng)機本身在真實環(huán)境中應(yīng)對湍流的動態(tài)性能特點。

“動態(tài)功率曲線”是指考慮湍流條件，即在風(fēng)速非恒定情況下風(fēng)機的實際功率輸出，也就是說，它是通過設(shè)定風(fēng)速湍流條件下，風(fēng)機控制系統(tǒng)實際響應(yīng)下的功率輸出，是風(fēng)機真實發(fā)電性能表現(xiàn)。

下面這張圖，可以幫助你認(rèn)識和理解低湍流、中湍流和高湍流的“動態(tài)功率曲線”。

由圖可見，“動態(tài)功率曲線”和“靜態(tài)功率曲線”最大的差異是在額定風(fēng)速附近，“靜態(tài)功率曲線”在額定風(fēng)速上是一個生硬的拐點，而“動態(tài)功率曲線”在額定風(fēng)速附近都會顯著低于“靜態(tài)功率曲線”，這恰恰就是實際風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和理論風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率偏差發(fā)生最大的風(fēng)速區(qū)間。

原因很簡單，風(fēng)機在這個風(fēng)速區(qū)間正是額定風(fēng)速上下的范圍，其控制面臨著一個尷尬的境地。理想情況是，當(dāng)超過額定風(fēng)速時，風(fēng)機的控制目標(biāo)是將風(fēng)能卸掉，但不能多也不能少，正好夠滿發(fā)；而當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速時，風(fēng)機的控制目標(biāo)是盡量捕獲最多的能量。

但現(xiàn)實情況是，風(fēng)速在瞬態(tài)會時而高于額定風(fēng)速，時而低于額定風(fēng)速，如果不采用激光雷達(dá)技術(shù)，很難預(yù)見下一時刻的風(fēng)速。風(fēng)機可能在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時過度變槳而卸掉了更多的風(fēng)能，導(dǎo)致不能滿發(fā)。相反，當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速時，風(fēng)機也可能還處于上一時刻卸掉風(fēng)能的變槳狀態(tài)，導(dǎo)致風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率進一步降低，而大風(fēng)輪慣量的增加，也加劇了這種低能量轉(zhuǎn)化在傳統(tǒng)風(fēng)機的常態(tài)化。這就是為什么有些使用了大風(fēng)輪傳統(tǒng)風(fēng)機的業(yè)主抱怨風(fēng)機過度偏離理論發(fā)電性能的原因吧。

到此，也許你會發(fā)現(xiàn)，戰(zhàn)勝湍流這個惡魔才是提升風(fēng)機風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率的最大挑戰(zhàn)，而遠(yuǎn)景智能風(fēng)機已讓這一挑戰(zhàn)不再是挑戰(zhàn)。那么，遠(yuǎn)景智能風(fēng)機究竟有了哪些新技術(shù)、新亮點，咱們下次再約，不見不散！