风电机组部件损坏与风电场微观选址

　　湍流强度是指10 分钟内风速随机变化幅度的大小，是10 分钟内平均风速的标准偏差与同期平均风速的比值。上表中的湍流强度应按照IEC61400-1标准中的规定计算获得。根据IEC61400-1 要求，每一个风速区间下，风电机组所承受的有效湍流强度（机组之间尾流产生的湍流强度与环境湍流强度叠加）均不能超过设计湍流强度。
　　湍流强度是风电场的重要特性指标，它的计算、分析是风电场资源评估的重要内容，通过风电场区域内风电机组轮毂高度处50 年一遇10 分钟最大风速以及轮毂高度处湍流强度大小来判断风电场的安全等级，依据此等级来选择风电机组机型。
　　在中国风能资源主要分布在三北地区和近海区域，例如新疆、内蒙区域，平均风速较大，风电场安全等级通常为IEC Ⅰ或IEC Ⅱ，风电场湍流强度通常为B、C；山西、河北区域，因地形起伏较大，风电场安全等级通常为IEC Ⅱ或IEC Ⅲ，风电场湍流强度通常为A、B；江苏、浙江沿海区域受季风的影响，风电场安全等级通常为IEC Ⅰ或IEC Ⅱ，风电场湍流强度通常为B、C。
　　湍流对风电机组性能的不利影响主要是减少功率输出，增加风电机组的疲劳载荷，最终削弱和破坏风电机组。
　　为了减少叶片的脉动和破坏力较强的动态载荷，在湍流强度较大的地区，应慎建、或不建风电场，若风电场的湍流强度超过机组的安全设计等级时，在选机型时应与机组生产厂家充分交流，对设备的承受能力进行充分地论证和评估。
1.3 交变载荷与机组部件损坏
　　风电机组容易受到疲劳载荷的严重影响。在600KW 机组中，叶轮在20 年的寿命期内会旋转2×108次，每转一周都会产生于低速轴和叶片重力完全相反的力，以及由风剪切力、偏航误差、轴倾斜、塔架阴影和湍流引起循环的叶片平面载荷。因此，许多风电机组部件的设计都取决于疲劳载荷而不是极限载荷。
　　短期平均风速的波动或湍流对载荷设计产生主要的影响，因为，这是极端阵风载荷和大部分疲劳载荷的来源。叶轮转动会不断产生局部剪切阵风，使叶片的疲劳载荷加剧。
　　由于风电机组运行在非常复杂和多变恶劣的环境下，所以，机组所承受的载荷情况也是非常复杂的，不同的载荷情况对于机组的各个部件的受力情况都有不同的影响，而确定载荷情况对于后续的设计来说是非常重要和基础性的工作。
　　不同的机位，因风况和环境条件不同，机组所受到的动态载荷差异很大。环境湍流强度是指风电场中单独一台风电机组承受的正常湍流强度，该湍流强度没有受其他机组或者障碍物的尾流影响。确定风电机组湍流强度等级不仅取决于环境湍流强度，更应考虑因为风电机组尾流产出的湍流强度。风电场中机组承受的有效湍流强度由环境湍流强度和因机组彼此之间尾流产生的湍流强度两部分组成。
　　不同设计湍流强度等级对等效疲劳载荷的影响相对来说要大很多，基本上降一个湍流强度等级，等效疲劳载荷就会相应的降低10％。湍流强度对等效疲劳载荷的影响非常大。另外，风轮直径越大，降低湍流强度等级对降低等效疲劳载荷的作用越明显。因此，叶轮直径和机组的设计湍流强度等级对机组交变载荷的承受能力影响很大。
　　为了使风电机组能长期安全稳定运行，我们在设计和制造时要重点考虑机组的抗疲劳载荷能力；在风电场微观选址时，充分考虑风况和环境条件对机组的影响，以避免部件的损坏，延长风电机组的使用寿命。
2. 微观选址的主要影响因素
　　工作在自然环境状态下的风电机组，由于湍流产生的机理和原因很复杂，对设备的影响也是多方面的。在风电场微观选址时，通过对各种影响因素的综合考虑，减少湍流强度对设备的影响和破坏，实现风电场的最优选址。
2.1 地面粗糙度的影响
　　在近地层中，风速随高度有显著变化，但由于地面粗糙度不同，风速随高度的变化也就不同。大气低层常用指数公式表示风速和高度与地面粗糙度的变化关系：
　　
　　式中，V_h：为在高度X_h 处的风速；V₀：为在高度X₀ 处的风速；α：为指数，它与地面粗糙度有关。我国常用的α 值分为三类：0.12、0.16、0.20。按公式计算，见表2。