風(fēng)電機(jī)組部件損壞與風(fēng)電場(chǎng)微觀選址

　　對(duì)山區(qū)、山丘等復(fù)雜地形，不能按簡(jiǎn)單平坦地形的原則確定風(fēng)電機(jī)組位置，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際地形測(cè)算各點(diǎn)的風(fēng)力情況后，經(jīng)綜合考慮安裝、地形地質(zhì)等各方面因素后，選擇合適的地點(diǎn)安裝風(fēng)電機(jī)組。在地形復(fù)雜、地勢(shì)險(xiǎn)峻的高山上選址還應(yīng)考慮運(yùn)輸、吊裝、線路安裝等要求。
　　由于受復(fù)雜地形自身的影響較大，有的僅能在山脊位置進(jìn)行單排布置；有的僅能在可放置風(fēng)電機(jī)組的位置上布置；有的地方有山谷、山丘等地形組合，機(jī)組布置受多種因素的綜合影響。
3.3 機(jī)組合理布局以避免尾流干擾
　　從充分利用風(fēng)能資源的角度出發(fā)，找尋出符合風(fēng)電場(chǎng)整體的能量利用最大化要求的排布方案，是完成風(fēng)電場(chǎng)微觀選址工作首先要解決的問(wèn)題。而影響風(fēng)電場(chǎng)全場(chǎng)能量利用尋優(yōu)的關(guān)鍵因素是認(rèn)識(shí)并解決好機(jī)組尾流影響問(wèn)題。
　　一般而言，當(dāng)風(fēng)經(jīng)過(guò)風(fēng)輪葉片后，風(fēng)輪一方面會(huì)吸收部分風(fēng)能，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)輪又致使風(fēng)的湍動(dòng)能增大，產(chǎn)生氣流畸變、湍流，而風(fēng)速會(huì)呈現(xiàn)突變減小的現(xiàn)象，這就是所謂的風(fēng)電機(jī)組尾流效應(yīng)。之后，在周?chē)鲌?chǎng)的約束下，風(fēng)速又會(huì)隨著風(fēng)輪的距離漸遠(yuǎn)而得以逐漸恢復(fù)。如果風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組布置緊密，則可能出現(xiàn)上游機(jī)組后面風(fēng)的尾流效應(yīng)尚存，風(fēng)速尚不及恢復(fù)，進(jìn)而導(dǎo)致下游機(jī)組風(fēng)況“惡化”，輸入風(fēng)能不足，發(fā)電出力降低的情況。
　　機(jī)組尾流產(chǎn)生的氣流畸變和湍流，會(huì)在下游機(jī)組的葉輪上產(chǎn)生交變載荷，從而造成葉片斷裂、主軸軸承、齒輪箱等部件的損壞，縮短機(jī)組的壽命。由于較高的尾流效應(yīng)相應(yīng)有較高的湍流強(qiáng)度，而在風(fēng)電場(chǎng)全場(chǎng)范圍取得一個(gè)相對(duì)較小的平均尾流效應(yīng)，又會(huì)有利于保持全場(chǎng)機(jī)組的荷載均衡性，進(jìn)而有利于提高全場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)效率。
　　但是，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)又難以絕對(duì)避免尾流效應(yīng)影響，因?yàn)槿绻麢C(jī)組布置過(guò)于稀疏，不但會(huì)相應(yīng)占用過(guò)多土地，且風(fēng)電場(chǎng)范圍會(huì)過(guò)大，其工程投資成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用亦會(huì)顯著增大。因此，機(jī)組間距的確定，或說(shuō)是控制機(jī)組尾流效應(yīng)，是一個(gè)考慮綜合因素平衡的技術(shù)經(jīng)濟(jì)選擇過(guò)程。
3.4 采用工程軟件進(jìn)行微觀選址
　　目前，國(guó)內(nèi)微觀選址通常采用國(guó)際上較為流行的風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)軟件WASP 及WindFarmer 進(jìn)行風(fēng)況建模，建模過(guò)程如下：
　　根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)各測(cè)風(fēng)點(diǎn)校對(duì)、修正后的測(cè)風(fēng)資料、地形圖、粗糙度，利用輪轂高度的風(fēng)資源柵格文件滿足精度及高度要求的WindFarmer 軟件的三個(gè)輸入文件，包括：輪轂高度的風(fēng)資源柵格文件、測(cè)風(fēng)高度的風(fēng)資源柵格文件及測(cè)風(fēng)高度的風(fēng)資源風(fēng)頻表文件。
　　采用關(guān)聯(lián)的方法在WindFarmer軟件中輸入WASP 軟件形成的三個(gè)文件，輸入三維的數(shù)字化地形圖(1：10000 或1：5000)，地形復(fù)雜的山地風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)采用1：5000 地形圖，輸入風(fēng)電場(chǎng)空氣密度下的風(fēng)電機(jī)組功率曲線及推力曲線，設(shè)定風(fēng)電機(jī)組的布置范圍及風(fēng)電機(jī)組數(shù)量，設(shè)定粗糙度、湍流強(qiáng)度、風(fēng)電機(jī)組最小間距、坡度、噪聲等，考慮風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的各種折減系數(shù)，采用修正PARK尾流模型進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化排布。
　　根據(jù)優(yōu)化后的坐標(biāo)，利用GPS到現(xiàn)場(chǎng)踏勘定點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形地貌條件和施工安裝條件進(jìn)行機(jī)位的微調(diào)， 并利用GPS 測(cè)得新的坐標(biāo)， 然后將現(xiàn)場(chǎng)的定點(diǎn)坐標(biāo)輸入Windfarmer 中，采用粘性渦漩尾流模型對(duì)風(fēng)電場(chǎng)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量及尾流損失進(jìn)行精確計(jì)算。　
　　目前的微觀選址技術(shù)，主要是應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和基于線性模型的工具軟件。各種軟件都有其適用條件及局限性，在使用過(guò)程中，應(yīng)充分了解風(fēng)電場(chǎng)狀況與軟件特性，以優(yōu)化機(jī)位布置。
3.5 風(fēng)電場(chǎng)選址的步驟
　　計(jì)算整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能資源，找出風(fēng)能資源較好的位置；根據(jù)具體的地形、道路情況確定適合布置風(fēng)電機(jī)組的地形位置，要求坡度較緩( 小于10° )、交通方便；在滿足上述條件的前提下確定不同間距的多種方案，間距在主風(fēng)向上為5 ～9倍的機(jī)組直徑，在垂直主風(fēng)向上為3 ～ 5 倍的機(jī)組直徑；確定機(jī)組間距后在實(shí)際地形上布置風(fēng)電機(jī)組，計(jì)算發(fā)電量及湍流強(qiáng)度、尾流損失等的影響；進(jìn)行方案比較，選擇合理的風(fēng)電機(jī)組間距布置風(fēng)電機(jī)組。
4. 風(fēng)電場(chǎng)選址的難點(diǎn)
4.1 缺乏長(zhǎng)期的測(cè)風(fēng)資料和氣象數(shù)據(jù)
　　中國(guó)風(fēng)電發(fā)展較晚，不少新建風(fēng)電場(chǎng)地區(qū)的測(cè)風(fēng)資料和氣象數(shù)據(jù)欠缺，甚至是一個(gè)空白，然而，風(fēng)電場(chǎng)微觀選址需要獲得該地區(qū)多年積累的風(fēng)況資料和氣象數(shù)據(jù)，這對(duì)于正確選址顯得尤為重要，如果沒(méi)有這些數(shù)據(jù)，選址就難有準(zhǔn)確而科學(xué)的依據(jù)，可能為機(jī)組安全和部件損壞埋下了潛在的隱患和伏筆。
　　例如：云南地區(qū)，由于云南省風(fēng)電開(kāi)發(fā)起步較晚，山區(qū)普遍缺乏測(cè)風(fēng)資料，這就成為了云南山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)選址的第一個(gè)難點(diǎn)。
　　湍流強(qiáng)度是建風(fēng)電場(chǎng)的重要指標(biāo)，它對(duì)機(jī)組性能和壽命有直接影響。云南省氣象臺(tái)均無(wú)風(fēng)速脈動(dòng)觀測(cè)記錄，無(wú)法進(jìn)行湍流強(qiáng)度計(jì)算。因此，在風(fēng)電場(chǎng)選址時(shí)，湍流對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行可靠性的影響無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。由于缺乏高山區(qū)的冰凌、濃霧、大雪、雷暴、極端氣溫等災(zāi)害的觀測(cè)資料，對(duì)風(fēng)電機(jī)組未來(lái)運(yùn)行條件的確定缺乏科學(xué)依據(jù)。
　　由此可知，缺乏長(zhǎng)期的氣象觀測(cè)資料，這成為了當(dāng)今中國(guó)不少新建風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)電場(chǎng)選址的難題。
　　我國(guó)建風(fēng)電場(chǎng)大部分地區(qū)是屬于人煙稀少的草原，或山地，在這些地區(qū)少有相關(guān)資料和氣象數(shù)據(jù)。當(dāng)興建風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，則大都只能依據(jù)一年左右的測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)，且所建測(cè)風(fēng)塔的數(shù)量有限，測(cè)得的風(fēng)況資料有限，而沒(méi)有長(zhǎng)期、全面、準(zhǔn)確的風(fēng)況資料作為微觀選址的依據(jù)。