風(fēng)電丨什么是風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)？（附視頻）

一、尾流效應(yīng)究竟是什么？

當(dāng)自然風(fēng)吹向風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，風(fēng)機(jī)葉片通過(guò)切割氣流，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。但在此過(guò)程中，風(fēng)的一部分能量被風(fēng)機(jī)吸收，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)后方區(qū)域的風(fēng)速降低、湍流強(qiáng)度增加，這一區(qū)域就被稱(chēng)為尾流區(qū)，這種現(xiàn)象就是尾流效應(yīng)。

打個(gè)比方，這就如同你在水中劃船，船槳?jiǎng)潉?dòng)水流，船身后方會(huì)形成一片紊亂的水流區(qū)域，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的尾流區(qū)就類(lèi)似這片紊亂的水流。從空氣動(dòng)力學(xué)原理來(lái)講，風(fēng)機(jī)葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)氣流施加了作用力，使氣流在葉片周?chē)铀俨⒏淖兞飨颉．?dāng)氣流離開(kāi)葉片后，由于能量被提取以及流場(chǎng)的畸變，便形成了具有較低動(dòng)能和較高湍流強(qiáng)度的尾流區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，氣流速度分布復(fù)雜，中心區(qū)域風(fēng)速較低，周?chē)€伴隨著強(qiáng)烈的漩渦和湍流運(yùn)動(dòng)。

二、尾流效應(yīng)帶來(lái)的影響有多嚴(yán)重？

（一）發(fā)電量大幅減少

下游風(fēng)機(jī)若處于上游風(fēng)機(jī)的尾流區(qū)域，其可捕獲的風(fēng)能會(huì)顯著減少。據(jù)相關(guān)研究表明，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組完全處在尾流區(qū)域運(yùn)行時(shí)，功率損失可達(dá)30%-40%。在大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)中，眾多下游風(fēng)機(jī)受尾流影響而降低的發(fā)電量累積起來(lái)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)總發(fā)電量的影響極為顯著。

（二）風(fēng)機(jī)壽命縮短

尾流區(qū)的強(qiáng)湍流會(huì)使風(fēng)機(jī)葉片承受不均勻受力，加速結(jié)構(gòu)疲勞。長(zhǎng)期處于這種環(huán)境下，風(fēng)機(jī)的使用壽命會(huì)明顯縮短。研究表明，尾流區(qū)域的機(jī)組結(jié)構(gòu)疲勞壽命可能降低20%-30%。同時(shí)，尾流引起的非均勻受力還可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的機(jī)械故障率上升，增加維護(hù)成本與停機(jī)時(shí)間，進(jìn)一步降低風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益與可靠性。

三、哪些因素加劇尾流影響？

風(fēng)機(jī)布局：間距過(guò)小、排列不合理，易讓下游風(fēng)機(jī)“陷入”尾流。一般建議主風(fēng)向間距至少8倍葉輪直徑。若間距不足，下游風(fēng)機(jī)將直面上游風(fēng)機(jī)的“風(fēng)影”，就像前排觀眾擋住后排視線(xiàn)，導(dǎo)致風(fēng)能捕獲量大幅下降。同時(shí)，風(fēng)機(jī)的排列方式也至關(guān)重要，交錯(cuò)式排列能在風(fēng)向多變的環(huán)境下，更好地分散尾流影響。

氣象條件：風(fēng)速、風(fēng)向變化及高湍流度氣流，都會(huì)改變尾流強(qiáng)度與擴(kuò)散路徑。當(dāng)風(fēng)速較低時(shí)，尾流擴(kuò)散慢、影響范圍集中；而風(fēng)速過(guò)高，尾流的擾動(dòng)會(huì)更劇烈。風(fēng)向頻繁變化，則會(huì)讓尾流像“打擺子”一樣，使下游風(fēng)機(jī)難以穩(wěn)定發(fā)電。

地形環(huán)境：山丘、建筑物等干擾氣流，使尾流效應(yīng)更復(fù)雜。在山區(qū)，氣流翻山越嶺后會(huì)形成加速、減速、渦流等復(fù)雜流動(dòng)，與風(fēng)機(jī)尾流疊加，讓尾流預(yù)測(cè)和控制難上加難。

四、破解尾流難題的四大策略

1.科學(xué)規(guī)劃風(fēng)機(jī)布局

通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際地形、風(fēng)向，確定最佳間距與排列方式。例如，海上風(fēng)電場(chǎng)采用交錯(cuò)排列，可有效減少尾流損失。

2.智能尾流控制技術(shù)

偏航控制：調(diào)整風(fēng)機(jī)角度改變尾流方向。部分先進(jìn)風(fēng)電場(chǎng)引入智能偏航系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)下游風(fēng)機(jī)的發(fā)電數(shù)據(jù)和氣流狀態(tài)，精準(zhǔn)控制上游風(fēng)機(jī)偏航角度，既減少尾流影響，又降低設(shè)備損耗。

功率降額：根據(jù)尾流強(qiáng)度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)電量，平衡整體發(fā)電效率。

3.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)

利用激光雷達(dá)、AI算法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)尾流變化，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)影響，提前調(diào)整風(fēng)機(jī)參數(shù)。

4.技術(shù)創(chuàng)新

研發(fā)新型葉片設(shè)計(jì)，優(yōu)化空氣動(dòng)力學(xué)性能；探索尾流消除新技術(shù)，如附加裝置改善氣流結(jié)構(gòu)。