風電機組部件損壞與風電場微觀選址

　　湍流強度是指10 分鐘內風速隨機變化幅度的大小，是10 分鐘內平均風速的標準偏差與同期平均風速的比值。上表中的湍流強度應按照IEC61400-1標準中的規定計算獲得。根據IEC61400-1 要求，每一個風速區間下，風電機組所承受的有效湍流強度（機組之間尾流產生的湍流強度與環境湍流強度疊加）均不能超過設計湍流強度。
　　湍流強度是風電場的重要特性指標，它的計算、分析是風電場資源評估的重要內容，通過風電場區域內風電機組輪轂高度處50 年一遇10 分鐘最大風速以及輪轂高度處湍流強度大小來判斷風電場的安全等級，依據此等級來選擇風電機組機型。
　　在中國風能資源主要分布在三北地區和近海區域，例如新疆、內蒙區域，平均風速較大，風電場安全等級通常為IEC Ⅰ或IEC Ⅱ，風電場湍流強度通常為B、C；山西、河北區域，因地形起伏較大，風電場安全等級通常為IEC Ⅱ或IEC Ⅲ，風電場湍流強度通常為A、B；江蘇、浙江沿海區域受季風的影響，風電場安全等級通常為IEC Ⅰ或IEC Ⅱ，風電場湍流強度通常為B、C。
　　湍流對風電機組性能的不利影響主要是減少功率輸出，增加風電機組的疲勞載荷，最終削弱和破壞風電機組。
　　為了減少葉片的脈動和破壞力較強的動態載荷，在湍流強度較大的地區，應慎建、或不建風電場，若風電場的湍流強度超過機組的安全設計等級時，在選機型時應與機組生產廠家充分交流，對設備的承受能力進行充分地論證和評估。
1.3 交變載荷與機組部件損壞
　　風電機組容易受到疲勞載荷的嚴重影響。在600KW 機組中，葉輪在20 年的壽命期內會旋轉2×108次，每轉一周都會產生于低速軸和葉片重力完全相反的力，以及由風剪切力、偏航誤差、軸傾斜、塔架陰影和湍流引起循環的葉片平面載荷。因此，許多風電機組部件的設計都取決于疲勞載荷而不是極限載荷。
　　短期平均風速的波動或湍流對載荷設計產生主要的影響，因為，這是極端陣風載荷和大部分疲勞載荷的來源。葉輪轉動會不斷產生局部剪切陣風，使葉片的疲勞載荷加劇。
　　由于風電機組運行在非常復雜和多變惡劣的環境下，所以，機組所承受的載荷情況也是非常復雜的，不同的載荷情況對于機組的各個部件的受力情況都有不同的影響，而確定載荷情況對于后續的設計來說是非常重要和基礎性的工作。
　　不同的機位，因風況和環境條件不同，機組所受到的動態載荷差異很大。環境湍流強度是指風電場中單獨一臺風電機組承受的正常湍流強度，該湍流強度沒有受其他機組或者障礙物的尾流影響。確定風電機組湍流強度等級不僅取決于環境湍流強度，更應考慮因為風電機組尾流產出的湍流強度。風電場中機組承受的有效湍流強度由環境湍流強度和因機組彼此之間尾流產生的湍流強度兩部分組成。
　　不同設計湍流強度等級對等效疲勞載荷的影響相對來說要大很多，基本上降一個湍流強度等級，等效疲勞載荷就會相應的降低10％。湍流強度對等效疲勞載荷的影響非常大。另外，風輪直徑越大，降低湍流強度等級對降低等效疲勞載荷的作用越明顯。因此，葉輪直徑和機組的設計湍流強度等級對機組交變載荷的承受能力影響很大。
　　為了使風電機組能長期安全穩定運行，我們在設計和制造時要重點考慮機組的抗疲勞載荷能力；在風電場微觀選址時，充分考慮風況和環境條件對機組的影響，以避免部件的損壞，延長風電機組的使用壽命。
2. 微觀選址的主要影響因素
　　工作在自然環境狀態下的風電機組，由于湍流產生的機理和原因很復雜，對設備的影響也是多方面的。在風電場微觀選址時，通過對各種影響因素的綜合考慮，減少湍流強度對設備的影響和破壞，實現風電場的最優選址。
2.1 地面粗糙度的影響
　　在近地層中，風速隨高度有顯著變化，但由于地面粗糙度不同，風速隨高度的變化也就不同。大氣低層常用指數公式表示風速和高度與地面粗糙度的變化關系：
　　
　　式中，V_h：為在高度X_h 處的風速；V₀：為在高度X₀ 處的風速；α：為指數，它與地面粗糙度有關。我國常用的α 值分為三類：0.12、0.16、0.20。按公式計算，見表2。