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下右图则描述了该机位风剪与风向的关联性,可以清晰看出,在30度和100度附近,风剪切明显偏向负值,这两个风向正好也是朝向陡坡。
必须提示的是,入流角的变化,也是复杂地形带来的一个危害。比如,下图所示的某风电场入流角与风向的关联性,从地势平坦方向来流的风,入流角集中在2至8度之间,没有超出一般设计风机时采用的8度入流角;而当从陡坡方向来流时,入流角大约在10 度附近,超出风机设计标准。
所以,复杂地形所带来的复杂风况,超出了风机设计时所考虑的标准和极限范围,给风机的强度、寿命以及发电性能带来很大的危害。
接下来,要看看复杂地形的风对风机的危害了。
众所周知,风机靠捕获风能发电,捕获风能的同时也要接受风带来的载荷,而风机是否能稳定的发电20年,很大程度上取决于风况的复杂程度。多种因素影响着风机的载荷,包括绝对风速、湍流、入流角、偏航误差等等,而在复杂地形区域,这些因素往往都会大于目前风机的设计值。须要说明的是,这些针对风机而来的影响不是单方面、单因素的,往往是各种因素加和产生的影响。
较为明显的危害是,复杂地形下容易出现的大入流角会造成风机风轮平面受载不均衡,如下图已经说明了这一点。简单点说,入流角过大产生的危害和风机风轮不对风的危害类似,容易使主轴承受异常的不平衡载荷,造成轴承、齿轮箱和弹性支承的损坏。
另外,大负剪和大湍流的结合会加速偏航系统的老化,造成偏航齿圈损坏(见下图),严重时可能还会造成机舱和主机架的损坏。
不仅如此,除了机械部件的损伤外,风机在复杂地形的应用中往往也会出现各种振动故障,如下图实例所示,由于机位限制,主风向方向上,该风机部署在一个小山包后面,由于受到气流分离的干扰,经常出现振动和不对风的故障,其故障率是全场平均水平的5倍以上,严重影响了风机的可利用率。
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