复杂地形的风究竟啥性情？！

　　书上说风能是一种取之不尽的清洁能源，可现实是容易开发的区域越来越少，勇敢的开发者只好向地形复杂的山地区域进军，而这些区域地形起伏大、变化多，风能资源分布不均匀，且气候条件比较复杂、植被繁多，风况变化多端，使得风机的应用环境变得格外复杂。
　　简单地说，复杂地形的风况因地形而生。
　　我们改变不了地形，我们必须认识和掌握这类地形的风。唯有这样，我们才能知道风机在运行过程中会遇到的问题，不能因为风耍个性坏了风机的发电性能和性命。
　　那好问题来了，破坏风机的复杂地形的风究竟是什么性情？！
　　先来说风机在复杂多变风况中遇到的问题。复杂的山地，地势起伏，风机只能部署在山脊上，而大部分情况下主风向垂直于山脊，这就造成了山地风况与平地风况的区别。
　　如下图所示，由于地面摩擦力的影响，风速在竖直方向上的分布一般呈对数分布，但在中性大气条件下遇到陡坡后，风速的分布就不再遵守对数分布，而是更加均匀；更有甚者，在稳定大气条件下，坡顶上的风更可能出现负剪切的情况，也就是说，高度低的风速高，高度高的风速反而低。 　　值得注意的是，还有一些极端情况，由于机位限制或者施工条件限制，风机不得不部署在山脊背后，此时风况将会变得更加恶劣，如下左图所示那样，风吹过山坡后，由于分离效应，使得山坡后的风产生非常大的旋流和湍流，甚至存在着气泡；如下右图所示，若将风机立于此地，风机将经受极端异常的严苛环境的考验。 　　举个实例，下左图描述了某风电场某机位风剪和风速的分布，可以看到风剪切大部分情况都在0附近，极端情况可能低于-0.2，而一般风机设计时是按照+0.2进行载荷校验的。风剪越负，则代表了风机的疲劳载荷越大，且很可能带来叶片与塔筒净空不足的问题。
　　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。