（东方电气风电有限公司，德阳，中国，618000）
摘要：山地风电场微观选址不当，会造成低效风机，给业主带来极大损失。本文通过贵州某运行风电场实例分析，阐明原理，规避类似山地风电场问题。
关键词：振动、发电量、尾流、CFD
1．引言
北方地区的风电场，地形平坦，低效风机较少；南方地区的风电场则植被茂密、山地陡峭，受局地地形条件和小气候等影响，易出现低效风机。该类风机不仅发电量低，而且存在着安全隐患。本文以贵州某风电场10#风机为例进行阐述。
2．研究内容与结果
2.1项目现场情况
贵州某风电场场址总体呈东西向长方形展布，东西长12.0km，南北宽2.0km，场区大部分地区海拔高程在1200m～1500m之间。
图一 机位布置图
该风电场2017年发电量1.38亿kWh，折合风电场等效满发小时数为2875h。2017年底，风电场陆续发现机组振动明显，甚至出现了晃动现象，10#机组尤为明显。
经统计，10#机组发电量较低，仅有全场机位平均值的三分之一（下图为统计某段时间发电量-风速相关关系）。
从图中可以发现
1、10#机组风速较低；
2、10#机组与16#在同等风速下，发电量还要低很多。
2.2.2风速分析
2.2.2．1逆向气流
当近地面层气流由平原刚接触及到山脚时，流线将以一定的迎角与山体接触，因山体表面高于上游平原的下垫面，近地面的气流就会有一个短暂的减速过程，并同时产生切应力的变化。气流开始越过山坡向风面的中部时，流线的密集将导致边界层内的气流加速，产生更强的速度和切应力的扰动。
根据伯努利定律考察流线上静压的变化过程。向风坡流场的逐渐加速将导致静压力的降低，到山顶处静压力降到最低值。越过山丘后，静压力将逐渐恢复正常，因而使背风坡区的流场处于逆压流动的状态。如果山体保持较大的坡度，背风坡将产生脱体效应形成空腔区。空腔区内形成一定的半永久性的二次涡，涡旋的下部保持反向流动，空腔区的下游则存在较高湍流区。
其中为自山体表面起算的垂直高度，可用下式表示：
为山丘的高度，为0.5处的山丘半宽度，f（x/Lh）为小山丘的外形曲线函数，据估计，内层厚度?约为0.01~0.05。
（2）外层。边界层的顶层，该层内和的影响不但可以忽略不计，而且可以假设平均流场已不存在任何切变。
（3）中间层。介于内层和外层的过渡层。令中间层高度（自山体表面起算）为hm，
-1/2
取Lh=500m，z0=1cm，根据2.3，得到的hm值约为150~200m。
在山丘的背风坡，包括贴近背风坡的空腔区以及随后的高湍流区通称尾流区。
2.2.2．3总结
1)10#、16#和24#风机位于山坡后300m左右的区域，风速较山坡下降明显；
2)10#、16#和24#风机位于山坡后的高湍流尾流区，贴别是10#机组，山体坡度较大，其所处的位置还受到空腔区逆向气流的影响；
3)所以，即使10#机组与其他机组在风速一致的前提下，其发电量仍然是最低的。
2.2.3风向问题
测风塔C1在13#风机附近，统计主风向和主风能为SE、SSE、NNW
调取10#及周边风机的scada数据主风向图谱，该台机组的主风向与测风塔比较均偏差较大。
图四 10#机位及其相邻风机风向图
由于主山梁区的阻挡作用，不仅在下游形成尾流区，主导风向还发生了偏移，风机在主导风向和偏移方向形成一定的夹角，来回偏航致使偏航刹车器故障频发，且发电量受到一定的影响。
2.3软件计算结果
用CFD软件对现场情况进行模拟，10#风机模拟电量为2539小时，实际发电仅1000多小时，与实际发电量对比，软件计算要高出很多，这也是微观选址阶段选用此机位的原因。
3．结论
该项目位于贵州省，属典型山地地形。失败的微观选址不仅带来机组发电量的低下，还对风机本身的安全性造成一定的影响；业主发电量的损失同时，设计院、风机厂家同样要承受一定的损失。通过本文，希望给类似的山地风电场一些启示，选址过程中避免发生类似的问题。
1、CFD软件虽然能够模拟复杂地形风机点位的发电量高低趋势，但模拟结果与实际运行情况仍会有很大的误差；
2、在风机上风向有障碍物时，下游风机均会受到影响，造成机组发电量不理想的情况发生；
3、海拔高差大到一定程度时，下游可能会形成空腔区逆向气流，不仅造成发电量低的情况，还可能使机组安全受到影响。
参考文献：
[1]?贵州省XX风电场可行性研究报告
[2]?Sheng Peixuan, Mao Jietai, Li Jianguo, Zhang Yunchen, Sang Jianguo and Pan Naixian. Atmospheric physics [M]. Beijing: Peking University Press, 2003:281-285
（盛裴轩，毛节泰，李建国，张霭琛，桑建国，潘乃先。大气物理学[M]。北京：北京大学出版社，2003：281-285）
论文作者:谢磊
论文发表刊物:《科技新时代》2019年9期
论文发表时间:2019/11/19
标签：发电量论文; 风机论文; 机组论文; 空腔论文; 风电场论文; 风向论文; 气流论文; 《科技新时代》2019年9期论文;