小型风力发电机安装场址的选择非常重要。性能很高的风力发电机,假如没有风,它也不会工作,而性能稍差一些的风力发电机,如果安装场址选择得好,也会使它充分发挥作用。关于小型风力发电机的选址条件包含着非常复杂的因素,原则上,在一年之中极强风及紊流少的地点应算{zh0},但在实际过程中很难选出这样的地点。
一、场址选择原则
1.场址应选择风能丰富地区,风力发电机安装地点的年平均风速越大越好,其大体上数字是:年平均风速3m/s以上,3-20m/s有效风速累计时效3000h以上,全年3一20m/s平均有效风能密度100W/m2以上。只要能满足{dy}个条件,小型风力发电机在经济上便可认为是合算的。
2.场址应具有较稳定的盛行风向。盛行风向是指出现频率{zg}的风向。我国是季风较强的国家,不同季节盛行风向还要变化,选址要考虑到盛行风向较稳定。
3.风机高度范围内“风切变”要小。“风切变”是指短距离内风速、风向的较大变化。风机应避开强切变区,安在迎风坡上,或提高塔架。
4.应考虑气象因素的影响
(1) 紊流。所谓紊流是指气流速度的急剧变化,包括风向的变化。通常这两种因素混在一起出现。紊流能影响风力发电机功率的输出,同时使整个装置振动,损坏风机。小型紊流多数是因地面障碍物的影响而产生的,因此在安装风力发电机时,必须躲开这种地区。
(2) 极强风。海上风速可达30m/s以上,内陆有时也大于20m/s时称为极强风。风力发电机的安装场址当然要选择风速大的地方,但在易出现极强风的地区使用风机,要求机组具有足够的强度,一旦遇有极强风,风力发电机便成为被袭击的对象。
(3)结冰和粘雪。在山地和海陆交界处设置的风力发电机,容易结冰和粘雪。叶片一旦结了冰,其重量分布便会发生变化,同时翼形的改变,又会引起激烈的振动,甚至发生破坏。
(4)雷。因为风力发电机在没有障碍物的平坦地区安装得较高,所以经常发生雷击事故,为此风机{zh0}增设防雷装置。
(5)盐雾损害。在距海岸线10-15km以内的地区安装风力发电机,必须采取防盐雾损害的措施。因为盐雾能腐蚀叶片等金属部分,并且会破坏装置内部的绝缘体。
(6)尘砂。在尘砂多的地区,风力发电机叶片寿命明显缩短。其防护的方法,通常是防止桨叶前缘的损伤,对前缘表面进行处理。可是尘砂有时也能侵入机械内部,使轴承和齿轮机构等机械零件受到破坏。在工厂区,空气中浮游着的有害气体,也会腐蚀风力机的金属部分,应加以注意。
二、平坦地形的场址选择
根据风向和风速关系,如果在风向最多的上风侧没有障碍物,一般都可以认为这个地点为平地。所谓在平地上安装风力发电机的情况,应考虑以下两个条件:(1)以设置地点为中心,在半径为1km的圆内,应没有障碍物。 (2)假使有障碍物时,风力机的高度应高于障碍物{zg}处高度。此条件极为严格,但对小型风力发电机可以放宽些。
三、山脊或山顶地形的场址选择
山脊和山顶有自然的高塔作用,并且气流随着靠近山脊,由于风洞效应,气流近似为流线而得到加速,能量也随之增大。可是,风向和山脊构成的方向对风的加速有很大的影响,主风向和山脊构成的方向成直角的情况最理想。否则,随地形风的加速作用逐渐变小。风速通常在山脊的根部减到相当小,随着往山顶移动而逐渐增大,到山顶{zd0}。因而,安装风力发电机时,如不是在山脊的中点以上,便不会得到增大风速的效果。
四、 建筑物上面或附近地形的场址选择
虽然人们都希望把风力发电机安装在平坦开阔地方的塔架上,但在住宅附近、城市中心及其周围,必须了解建筑物对气流有什么影响,使输出功率发生什么变化。气流在建筑物的后面会形成小的紊流,而在建筑物的周围形成马蹄形的气流。在建筑物的上风侧设置风力机时,至少也要保持具有建筑物高度2倍的间距;在下风侧设置时,至少要离开建筑物高度10倍以上的间距。