信也得信，不信也得信，湍流就是風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)發(fā)電過(guò)程中的大惡魔，在這一點(diǎn)上沒(méi)有之一。

由于與生俱來(lái)的隨機(jī)性和強(qiáng)非線性，即便你懂得風(fēng)的軌跡，也很難預(yù)測(cè)到這個(gè)惡魔何時(shí)會(huì)跑出來(lái)破壞風(fēng)力發(fā)電，所以只能在分析報(bào)告中看到它的蹤跡——比如風(fēng)機(jī)齒輪箱損壞、葉片開(kāi)裂、基礎(chǔ)開(kāi)縫、發(fā)電量不達(dá)標(biāo)，等等，諸如此類的問(wèn)題無(wú)不與湍流有關(guān)，也就是說(shuō)，這個(gè)惡魔脫不了干系，可這個(gè)看不見(jiàn)摸不著的東西究竟是什么呢？

如果你缺少專業(yè)知識(shí)，那就得補(bǔ)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(dòng)。”這句話能懂的就懂了，再看看下面這段話，即使不懂也會(huì)知道湍流到底是個(gè)什么級(jí)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(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里，科學(xué)家們先后發(fā)明了渦粘性和混合長(zhǎng)度理論、能量級(jí)串理論、流動(dòng)穩(wěn)定性理論等對(duì)它進(jìn)行說(shuō)明和解釋，但始終沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)是難題而已，只要風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)師們和湍流這個(gè)惡魔來(lái)一番斗智斗勇，風(fēng)機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)湍流等級(jí)，然后就是湍流對(duì)風(fēng)機(jī)安全性和發(fā)電量究竟有哪些影響。

那么，什么是風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)湍流的等級(jí)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(jī)組系列標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全等級(jí)分類，看個(gè)表吧：

請(qǐng)注意，Vref是指風(fēng)電場(chǎng)50年一遇的10分鐘最大風(fēng)速；Iref是指15m/s時(shí)的湍流強(qiáng)度的平均值；A是指高湍流強(qiáng)度等級(jí)，B是指中等湍流等級(jí)，C是指低等湍流強(qiáng)度。

再說(shuō)一遍，無(wú)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(jī)設(shè)計(jì)是如何界定湍流的呢？接地氣的專家們搬出了萬(wàn)能的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，根據(jù)IEC61400標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，湍流強(qiáng)度（TI）是指10分鐘內(nèi)風(fēng)速隨機(jī)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(shí)際上，這就是風(fēng)機(jī)運(yùn)行中承受的正常疲勞載荷，也是IEC61400-1風(fēng)機(jī)安全等級(jí)分級(jí)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(jiǎn)單多了：一個(gè)原因是當(dāng)氣流流動(dòng)時(shí)，氣流會(huì)受到地面粗糙度的摩擦或者阻滯作用；另一個(gè)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(yùn)動(dòng)。

通常情況下，上述兩個(gè)原因往往同時(shí)導(dǎo)致湍流的發(fā)生。在中性大氣中，空氣會(huì)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(qiáng)度大小完全取決于地表粗糙度情況。

叨叨了這么多，也該說(shuō)說(shuō)這個(gè)惡魔對(duì)風(fēng)機(jī)的影響了。

先來(lái)看湍流對(duì)風(fēng)機(jī)安全性的影響。按道理講，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)可循，可風(fēng)卻并不那么懂設(shè)計(jì)師的規(guī)矩，所以設(shè)計(jì)師必須要根據(jù)特定風(fēng)場(chǎng)的湍流條件來(lái)選擇風(fēng)機(jī)，否則后果就嚴(yán)重了：在風(fēng)場(chǎng)湍流水平超過(guò)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)水平的情況下，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制造出來(lái)的風(fēng)機(jī)就很難達(dá)到預(yù)期壽命，原本設(shè)計(jì)壽命20年的風(fēng)機(jī)，在10年甚至8年的時(shí)候，葉根、主軸、機(jī)艙底板等結(jié)構(gòu)件就可能出現(xiàn)因?yàn)殚L(zhǎng)期疲勞超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致的損壞，這樣風(fēng)電場(chǎng)的收益將難以實(shí)現(xiàn)。

到此，問(wèn)題來(lái)了：是不是在湍流超標(biāo)的情況下，風(fēng)機(jī)就一定不能適用呢？考慮到風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)一般高于現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)況指標(biāo)，通常可以在經(jīng)驗(yàn)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(jì)年均風(fēng)速為8m/s、湍流強(qiáng)度為A類的風(fēng)機(jī)，當(dāng)某風(fēng)機(jī)位湍流強(qiáng)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(jì)師就可以嘗試將機(jī)位處的參數(shù)加入到風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的模型中，通過(guò)仿真來(lái)判斷風(fēng)機(jī)是否能夠滿足這種風(fēng)場(chǎng)條件下的安全性要求。如果可以滿足，那么這款風(fēng)機(jī)就可以適用于該風(fēng)電場(chǎng)。

再來(lái)看湍流對(duì)發(fā)電量的影響。說(shuō)到湍流對(duì)風(fēng)場(chǎng)實(shí)際發(fā)電量的影響，不得不說(shuō)的是靜態(tài)功率曲線和動(dòng)態(tài)功率曲線。目前行業(yè)內(nèi)很多場(chǎng)合下，在評(píng)估發(fā)電量時(shí)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?yàn)殪o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(lái)的理想條件功率曲線，這在現(xiàn)實(shí)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(píng)估場(chǎng)址的實(shí)際環(huán)境湍流，采用與之相應(yīng)的“動(dòng)態(tài)功率曲線”作為評(píng)估電量提供更明確和真實(shí)的參考，而不是“靜態(tài)功率曲線”。

那么，這兩種功率曲線的實(shí)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(jī)所對(duì)應(yīng)的靜態(tài)輸出功率，其功率曲線反映的是風(fēng)機(jī)理論上的最大發(fā)電能力，它是由風(fēng)機(jī)葉片翼型的Cp決定的，無(wú)法體現(xiàn)風(fēng)機(jī)本身在真實(shí)環(huán)境中應(yīng)對(duì)湍流的動(dòng)態(tài)性能特點(diǎn)。

“動(dòng)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(jī)的實(shí)際功率輸出，也就是說(shuō)，它是通過(guò)設(shè)定風(fēng)速湍流條件下，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際響應(yīng)下的功率輸出，是風(fēng)機(jī)真實(shí)發(fā)電性能表現(xiàn)。

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

由圖可見(jiàn)，“動(dòng)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(gè)生硬的拐點(diǎn)，而“動(dòng)態(tài)功率曲線”在額定風(fēng)速附近都會(huì)顯著低于“靜態(tài)功率曲線”，這恰恰就是實(shí)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(jiǎn)單，風(fēng)機(jī)在這個(gè)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(gè)尷尬的境地。理想情況是，當(dāng)超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)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(shí)，風(fēng)機(jī)的控制目標(biāo)是盡量捕獲最多的能量。

但現(xiàn)實(shí)情況是，風(fēng)速在瞬態(tài)會(huì)時(shí)而高于額定風(fēng)速，時(shí)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(jiàn)下一時(shí)刻的風(fēng)速。風(fēng)機(jī)可能在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)過(guò)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(shí)，風(fēng)機(jī)也可能還處于上一時(shí)刻卸掉風(fēng)能的變槳狀態(tài)，導(dǎo)致風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率進(jìn)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(jī)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(jī)的業(yè)主抱怨風(fēng)機(jī)過(guò)度偏離理論發(fā)電性能的原因吧。

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