[科普中国]-尾流效应损失

尾流效应的存在会导致风电场下风向风能减少，流场湍流度增加。坐落在下风向的风电机组的风速低于坐落在上风向的风电机组的风速，风电机组相距越近，前面风电机组对后面风电机组风速的影响越大，这种现场称为尾流效应。

定义尾流效应损失是指由尾流效应引起的风能损失。尾流效应造成的能量损失对风电场的经济性有着重要的影响，当风力发电机组完全处在尾流区域运行时，功率损失可达30%到40%。

尾流效应尾流效应是指风力机从风中获取能量的同时在其下游形成风速下降的尾流区。若下游有风力机位于尾流区内，下游风力机的输入风速就低于上游风机的输入风速。尾流效应造成风电场内风速分布不均，影响风电场内每台风电机组运行状况，进一步影响风电场运行工况及输出；且受风电场拓扑、风轮直径、推力系数、风速和风向等因素影响。

随着风力发电技术的不断进步,风力发电机组的单机容量在不断增大，与此同时风机的叶轮直径也在不断增大。在一个较大型的风电场内,开发商为了提高土地利用率,会希望在有限的土地上安装尽可能多的风力发电机组，从而获得尽量多的发电量，这时就需考虑风力发电机组之间的距离取多少最为合适，尾流效应是决定风机间距离的一个至关重要的因素。当一台风力发电机组处在上游风力发电机组的尾流区域里运行时，其发电功率会受到极大的影响，研究表明该风力发电机组的结构疲劳也会受到影响最终导致使用寿命的降低。当自然风吹过风力发电机组时，风机会吸取风的部分能量使其速度降低，速度降低的同时风的湍流强度会有所增加，下游风力发电机组就会因此受到影响。1

损失影响气流在经过风电机组叶片时，由于风电机组把一部分风能转化为电能，根据能量守恒原理，气流能量会减小，实际上风电机组的叶片对风速有阻挡作用，在风电机组的下风向会产生类似轮船尾流的效果，该区域会产生较大的湍流，同时风速也会降低。

风电场的风电机组布置应考虑到风电机组之间的尾流影响，风电机组之间的距离至少保证3倍的叶轮直径，在主风向上，风电机组之间的距离应更大一些。

国外有研究成果表明，对单台风电机组，在风轮2D~3D的顺风中心处（D为风轮直径），风速减小35%~45%；在距离8D处，风速减小10%。尾流的直径在距离风轮8D~10D为2.6D~2.8D。对于行距为8D~11D，列距为2D~3D的布置，第二排的能量损失在10m /s时为8%~20%。2

对风机布局的影响在风电场中，气流流经风机时，风机叶片对气流的阻挡作用使流场在流经风机后发生变化，使得风机的下风向产生尾流的效果，在尾流区域内气流会产生较大的湍流，同时风速也会降低。尾流效应不仅影响年发电量，还会使风机叶片所受到不均匀的升力、阻力，降低风机的寿命，从而降低风电场的经济效益，因此，尾流效应是风电场微观选址的主要考虑因素之一。

减少风机间尾流效应最直接的办法就是增大风机间距。但是对于实际风电场而言，无限制地增大风机间距是不可能的，因为风机布局还须考虑风电场规划、场内土地利用率以及电网连接的限制。要针对不同地形的风电场确定最佳的风机布局形式。

尾流效应的存在会导致风电场下风向风能减少，流场湍流度增加，进而影响风电场中位于下风向风机的效率和风轮的使用寿命。贾彦等3对尾流效应研究现状进行了概述，利用WASP软件以及风资源数据进行风电场模拟计算，将上下游风机之间间距以及上下游风机连线与主导风向的偏向角作为风机定位坐标，建立了分别由2台、3台、4台风机组成的模型并进行计算。比较在不同风机布局的情况卜，风电场内每台风机和风电场的年净发电量以及尾流损失值随风机布局的变化趋势。对比计算结果得出风电场机组布局中风机之间的最佳间距和偏向角的定量值，确定风机尾流效应分析在风电场内机组布局中的重要性，为优化风电机组布局以及提高风电场风能利用率提供理论依据。3

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学