目前，適用於低風速地區的長葉片、高輪轂、大容量的風力發電機組技術發展迅速，這不但使對風力發電機組尾流效應和風電場湍流特性的理解變得愈發重要，也對風電場的微觀選址提出了更高的要求。如何找到風電場的最佳排布，有效的控制風險，獲得最優的發電效益，是目前急需研究解決的問題。
一、風力發電機組的湍流
湍流是流體的一種流動狀態。對於風電場來說，湍流表示瞬時風速偏離均值的程度，是評價氣流穩定程度的指標。風電場內的障礙物不僅會降低風速，還會在障礙物附近形成大量湍流。如下圖所示，障礙物附近產生了湍流區，而且下風向的湍流更劇烈，因此，在微觀選址時，要特別注意避開障礙物，尤其是障礙物在主導風向的上風向時。
在山地風電場微觀選址時，風力發電機組附近的小山包都可以當做障礙物來分析。這也就是我們為什麼認為山地風電場的山脊要平緩，連綿性好，不能有太大的起伏波動。因為某個突起部分會增加周邊風力發電機組的湍流強度，形成我們通常所說的「窩風」現象，不但會影響風力發電機組的安全性，也會對風速造成影響，從而降低發電效益。所以山地風電場微觀選址，要特別注意待選點位周邊的地形因素，尤其主導風向上是否存在地形突起。
讓我們以下圖來舉例說明：
某風電場的主導風向為南風，場內地勢起伏較大，山脊的連綿性較好，圖中紅框圈示的位置均位於較高處，從地形上看適合布置風力發電機組，通過CFD軟體的測算，發電效益也不差。但是我們來看第二張圖：
從圖上明顯可以看出，在這條山脊的南側跟北側，各有一個較高的突起，均在遮擋範圍內，距離均在1km左右，雖然距離相對較遠，作為障礙物的遮蔽效應較小，但仍不建議選擇圖中紅框的位置布置風力發電機組。這種地形情況下，各種軟體模型往往無能為力，需要在微觀選址時格外注意。對於這樣的點位，建議可以在此位置安裝雷達或雷射測風儀器，進行短期測風，確保湍流強度在風力發電機組的設計範圍內，風速的損失在可控的風險範圍內。
障礙物的問題在軟體模型中往往較難體現，但卻是微觀選址時的重要參考，對於類似的因素，需要在現場作業時多加注意，綜合考量。
二、風力發電機組的尾流
風力發電機組從風中吸收能量進行發電，風吹過風力發電機組後，會在後面形成類似船舶駛過水麵的尾流，風速降低了，湍流卻會增加。由於尾流的存在，風力發電機組之間必須保持一定的距離，既是出於提高發電量的考慮，也是為了使風力發電機組能夠安全運行。因此，研究風電場尾流是優化布置風力發電機組，提高收益的關鍵。
風力發電機組的尾流結構包括多個區域，分為近區、中間區和遠區，如下圖所示：
每個區的長度取決於風輪直徑的大小，同時還與氣壓、風速和大氣穩定度有關，每個區的大致長度為：
1、近區：長度約為風輪直徑的2~4倍；
2、中間區：長度約為風輪直徑的2~3倍；
3、遠區：長度超過5倍風輪直徑。
由於尾流效應對風向的敏感性，主導風向對風力發電機組的排布方案起到決定性作用，在主導風向上，由於近區存在氣壓差，湍流強度非常大，而且風速損失嚴重，必須避開此區域。因此，風力發電機組之間的距離至少應該達到中間區的末端，也就是說，在陸地中性大氣穩定度情況下，沿著主導風向至少為5倍風輪直徑，非主導風向上至少為3倍風輪直徑。可以理解為：5倍風輪直徑為保證風電場效率的最低要求，3倍風輪直徑為風力發電機組間的最小安全距離。
（作者：王帥）
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