2.4　地形和障礙物對風速的影響

2.4.1　障礙物對風速的影響

當遇到建筑物、樹木、巖石等類似障礙物時，風速和風向均會迅速發(fā)生改變。在障礙物后緣會產(chǎn)生很強的湍流，該湍流在下游方向遠處逐漸減弱。圖2-11所示為由障礙物造成的風湍流及其風速變化輪廓線。氣流湍流會減小風力機的有效功率，也會增加風力機的疲勞載荷。

湍流強度和延伸長度與障礙物的高度有關(guān)。如圖2-11所示，在障礙物的迎風側(cè)，湍流區(qū)長度可高達障礙物的2倍高度，背風側(cè)湍流延伸長度可達障礙物高度的10～20倍。障礙物高寬比越小，湍流衰減越快；高寬比越大，湍流區(qū)越大。在高寬比無限大的極端條件下，湍流區(qū)長度可以達到障礙物高度的35倍。

在垂直方向，湍流影響范圍的最大高度達障礙物高度的2倍。當風力機葉片掃風最低點所處的高度是障礙物高度的3倍時，障礙物對風力機的影響可以忽略。但若風力機前有較多障礙物時，平均風速因障礙物而發(fā)生改變，此時必須考慮障礙物對風力機性能的影響。因此，在風電場選址時應(yīng)考慮到附近區(qū)域的障礙物，塔的高度必須足夠高以便來克服湍流區(qū)的影響。

圖2-11　由障礙物造成的風湍流

2.4.2　山脈對風的影響

山脊、丘陵和懸崖的形態(tài)極大地影響著風廓線。如圖2-12所示，光滑的山脊會加速穿越的氣流，這是因為風通過山脊時受阻壓縮而引起加速。山脊的形狀決定了加速的程度，表面裸露時，對風速影響更加明顯。若山脊的斜率在6°～16°之間，加速明顯，可充分利用這種效應(yīng)來開展風力發(fā)電項目。若斜率超過27°或低于3°，加速不明顯，不利于風力發(fā)電。如圖2-13（a）所示，對于長而地表坡度平緩的山脊，其頂部及迎風面上半部一般都是較好的風場；在其背風面，因可能存在湍流而不宜設(shè)置風力機。

圖2-12　傳過山脊時造成的加速效應(yīng)

另一重要因素是山脊走向。若盛行風風向與脊線垂直，則加速效應(yīng)更明顯。若山脊脊線與盛行風平行，則對風速無加速效應(yīng)。

在山的缺口，走向與風向平行的山峽，當氣流通過通道收斂部位，風速均會提高，這樣的部位俗稱為風口，如圖2-13（b）所示。當風穿越風口這樣的間隙時，產(chǎn)生噴管效應(yīng)，速度會增強，形成了狹管風。風口的幾何參數(shù)，如寬度、長度、坡度等，都是決定加速程度的主要因素。若兩座高山之間的間隙面向風向，則風口處是一個極佳的風電場。兩高山表面越光滑植被越少，粗糙度越小，則對風的加速效果越好。

圖2-13　山脈對風的影響