信也得信，不信也得信，湍流就是風機實時發電過程中的大惡魔，在這一點上沒有之一。

由于與生俱來的隨機性和強非線性，即便你懂得風的軌跡，也很難預測到這個惡魔何時會跑出來破壞風力發電，所以只能在分析報告中看到它的蹤跡——比如風機齒輪箱損壞、葉片開裂、基礎開縫、發電量不達標，等等，諸如此類的問題無不與湍流有關，也就是說，這個惡魔脫不了干系，可這個看不見摸不著的東西究竟是什么呢？

如果你缺少專業知識，那就得補腦了，看看百科中的標準答案解釋：“湍流又稱紊流，指的是流體的非均勻流動。”這句話能懂的就懂了，再看看下面這段話，即使不懂也會知道湍流到底是個什么級別的風電難題了。

“湍流的復雜，使得它幾乎不可能用任何數學方法準確描述，在過去的一個世紀里，科學家們先后發明了渦粘性和混合長度理論、能量級串理論、流動穩定性理論等對它進行說明和解釋，但始終沒有實現對湍流的完全模擬，它也因而成為流體力學的世紀難題。”

難題也不過是難題而已，只要風機設計師們和湍流這個惡魔來一番斗智斗勇，風機安全性和良好的發電性能是可以有保障的，但前提是要先了解下風機設計湍流等級，然后就是湍流對風機安全性和發電量究竟有哪些影響。

那么，什么是風機設計湍流的等級標準呢？先看最新IEC61400標準（由IEC制定的風力發電機組系列標準）對風力發電機組的安全等級分類，看個表吧：

請注意，Vref是指風電場50年一遇的10分鐘最大風速；Iref是指15m/s時的湍流強度的平均值；A是指高湍流強度等級，B是指中等湍流等級，C是指低等湍流強度。

再說一遍，無論哪位大神都很難用數學方法準確描述湍流，那么風機設計是如何界定湍流的呢？接地氣的專家們搬出了萬能的統計學方法，根據IEC61400標準規定，湍流強度（TI）是指10分鐘內風速隨機變化的幅度，也就是10分鐘平均風速的標準偏差與同期平均風速的比率。實際上，這就是風機運行中承受的正常疲勞載荷，也是IEC61400-1風機安全等級分級的重要參數之一。

與高難度的湍流畫像相比，看看湍流產生的原因就簡單多了：一個原因是當氣流流動時，氣流會受到地面粗糙度的摩擦或者阻滯作用；另一個原因是由于空氣密度差異和大氣溫度差異引起的氣流垂直運動。

通常情況下，上述兩個原因往往同時導致湍流的發生。在中性大氣中，空氣會隨著自身的上升而發生絕熱冷卻，并與周圍環境溫度達到熱平衡，因此在中性大氣中，湍流強度大小完全取決于地表粗糙度情況。

叨叨了這么多，也該說說這個惡魔對風機的影響了。

先來看湍流對風機安全性的影響。按道理講，風機設計有標準可循，可風卻并不那么懂設計師的規矩，所以設計師必須要根據特定風場的湍流條件來選擇風機，否則后果就嚴重了：在風場湍流水平超過風機設計水平的情況下，按設計標準制造出來的風機就很難達到預期壽命，原本設計壽命20年的風機，在10年甚至8年的時候，葉根、主軸、機艙底板等結構件就可能出現因為長期疲勞超出設計標準而導致的損壞，這樣風電場的收益將難以實現。

到此，問題來了：是不是在湍流超標的情況下，風機就一定不能適用呢？考慮到風機設計參數一般高于現場風況指標，通常可以在經驗范圍內提出做載荷仿真以確認安全性的需求。比如設計年均風速為8m/s、湍流強度為A類的風機，當某風機位湍流強度平均值為0.162，但年平均風速只有7m/s的情況下，設計師就可以嘗試將機位處的參數加入到風機設計的模型中，通過仿真來判斷風機是否能夠滿足這種風場條件下的安全性要求。如果可以滿足，那么這款風機就可以適用于該風電場。

再來看湍流對發電量的影響。說到湍流對風場實際發電量的影響，不得不說的是靜態功率曲線和動態功率曲線。目前行業內很多場合下，在評估發電量時所使用的功率曲線仍然為“靜態功率曲線”，這是非常不科學的，因為靜態功率曲線是假設環境湍流為0的情況下繪制出來的理想條件功率曲線，這在現實環境中是不可能存在的，這也是為什么發電量總是被嚴重高估的主要原因。

科學的方法應是根據評估場址的實際環境湍流，采用與之相應的“動態功率曲線”作為評估電量提供更明確和真實的參考，而不是“靜態功率曲線”。

那么，這兩種功率曲線的實質性區別在哪呢？

“靜態功率曲線”是理論值，它是假設湍流為0、在給定不同的恒定風速情況下，風機所對應的靜態輸出功率，其功率曲線反映的是風機理論上的最大發電能力，它是由風機葉片翼型的Cp決定的，無法體現風機本身在真實環境中應對湍流的動態性能特點。

“動態功率曲線”是指考慮湍流條件，即在風速非恒定情況下風機的實際功率輸出，也就是說，它是通過設定風速湍流條件下，風機控制系統實際響應下的功率輸出，是風機真實發電性能表現。

下面這張圖，可以幫助你認識和理解低湍流、中湍流和高湍流的“動態功率曲線”。

由圖可見，“動態功率曲線”和“靜態功率曲線”最大的差異是在額定風速附近，“靜態功率曲線”在額定風速上是一個生硬的拐點，而“動態功率曲線”在額定風速附近都會顯著低于“靜態功率曲線”，這恰恰就是實際風能轉換效率和理論風能轉換效率偏差發生最大的風速區間。

原因很簡單，風機在這個風速區間正是額定風速上下的范圍，其控制面臨著一個尷尬的境地。理想情況是，當超過額定風速時，風機的控制目標是將風能卸掉，但不能多也不能少，正好夠滿發；而當風速低于額定風速時，風機的控制目標是盡量捕獲最多的能量。

但現實情況是，風速在瞬態會時而高于額定風速，時而低于額定風速，如果不采用激光雷達技術，很難預見下一時刻的風速。風機可能在風速高于額定風速時過度變槳而卸掉了更多的風能，導致不能滿發。相反，當風速低于額定風速時，風機也可能還處于上一時刻卸掉風能的變槳狀態，導致風能轉換效率進一步降低，而大風輪慣量的增加，也加劇了這種低能量轉化在傳統風機的常態化。這就是為什么有些使用了大風輪傳統風機的業主抱怨風機過度偏離理論發電性能的原因吧。

到此，也許你會發現，戰勝湍流這個惡魔才是提升風機風能轉換效率的最大挑戰，而遠景智能風機已讓這一挑戰不再是挑戰。那么，遠景智能風機究竟有了哪些新技術、新亮點，咱們下次再約，不見不散！