風切變指數的第二個影響是機組的載荷安全性:風輪在承受上下不平衡風載時,會增加風機的傾覆力矩,在一定程度上會影響到風機的適應性。我們的風機在設計的時候都是滿足一定的切變范圍的,當切變指數過大或過小(負切變)的時候,風機承受的載荷超出了常規設計下的載荷,長此以往,可能會導致風機的損壞或者葉片的折損。當切變指數為負的時候,其帶來的影響往往要大于正切變的影響,負風切變下的載荷幅值遠大于正常風切變,導致主軸危險截面處載荷增大。在正常風切變下,風輪高處風速高,低處風速低,將抵消一部分重力對傳動鏈的載荷;反之,在負風切變下,由于風輪低處風速高,高處反而風速低,因此風載和重力載荷相互疊加,加重了傳動鏈上的負載。下圖為負切變情況下主軸危險截面處的載荷對比:
因此在機組選型的時候,需要格外關注負切變帶來的載荷加劇。此外,風切變還會對風機的發電量產生影響,正常情況下,風機廠家提供的功率曲線對應的風速都是輪轂中心處的風速,但是在不同的風切變、風廓線形態下,風輪面吸收的能量是不一樣的,因此風機對風能轉化量理論上也是不一樣的,這樣就會造成相同的輪轂中心風速,不同的發電量。對于這一點帶來的發電量影響,小編資歷尚淺,如果業內的高手、前輩們有相關的研究,希望能不吝分享。
影響風切變的因素:
既然風切變會產生這么大的影響,那么影響風切變的因素又有哪些呢?根據小編進行測風塔分析的經驗來看,影響風切變的主要因素大致有以下幾個方面:
1地形
所謂屁股決定腦袋,測風塔所立的位置,很大程度上決定了測風得到的風切變趨勢。在其他條件類似的情況下,山地測風塔的風切變往往較小,在某些地形陡峭的山地,甚至可能出現負切變的情況。而平地測風塔,很少會遇到負切變的情況。這是因為,在山地中,測風塔往往是豎立在山頂的,風在爬坡過程中,下層的氣流受到明顯的擠壓,根據通量守恒,因此下層氣流加速效應大于上層氣流,導致下層風速增大明顯,整體的風切變變小。當下層氣流的加速效應更大的時候,就會出現負切變。