近日有位业内友人问了小编一个问题：你知道华北平原地区的风切变大概是怎么水平吗?小编表示非常惭愧，虽然分析了这么多的测风塔数据，但是对自己的工作成果缺乏深入的总结。因此，最近小编痛定思痛，整理了对于风切变的一些见解，希望能抛砖引玉，和大家一起来探究风切变的奥秘!
风切变是什么：
按照百度百科解释，风切变是一种大气现象，可分为水平风的水平切变、垂直切变，垂直风的切变。从风资源分析角度来说，风切变也常常称作风剪切，是用来表征不同高度风速之间关系的一个参数。一般情况下，衡量风切变大小的方式有两种，一种是采用指数拟合的方式，另一种是对数拟合的方式。下面我们先来看看如何用指数拟合的方式来计算风切变：
上述公式中α即为指数拟合的风切变系数。风切变指数α越大，表示随着高度的增加，风速的增大越快。下图中5个蓝点代表某测风塔实测的各个高度的风速及对应的高度，而蓝色的这条线，就是根据上述公式拟合得到的风廓线。
风切变的影响：
那么风切变的大小到底会对我们的风资源分析产生什么影响呢?前面我们提到，风切变指数α越大，随着高度的增大，风速的增大也越快，风切变的第一个影响就是轮毂高度的选择：在风切变比较小的风电场，虽然提升轮毂高度会带来发电量的提升，但是选择更高的轮毂高度随之而来的是更重的塔筒、更大的基础，以及运输、吊装等费用的增加。当提升轮毂高度所带来的发电量增加的收益已经不能包含随之增加的投入时，我们就会建议采用较低的轮毂高度方案。根据小编浅薄的经验，对于塔筒、基础优化较好的机组，一般情况下风切变指数<0.12的时候，提升轮毂高度往往并不能带来项目收益的提升(这里小编呼吁各位看帖的英雄好汉，咱在给风电场推荐机型的时候应该综合考虑每个方案的经济性，而不是把发电小时数作为唯一的指标)。
风切变指数的第二个影响是机组的载荷安全性：风轮在承受上下不平衡风载时，会增加风机的倾覆力矩，在一定程度上会影响到风机的适应性。我们的风机在设计的时候都是满足一定的切变范围的，当切变指数过大或过小(负切变)的时候，风机承受的载荷超出了常规设计下的载荷，长此以往，可能会导致风机的损坏或者叶片的折损。当切变指数为负的时候，其带来的影响往往要大于正切变的影响，负风切变下的载荷幅值远大于正常风切变，导致主轴危险截面处载荷增大。在正常风切变下，风轮高处风速高，低处风速低，将抵消一部分重力对传动链的载荷;反之，在负风切变下，由于风轮低处风速高，高处反而风速低，因此风载和重力载荷相互叠加，加重了传动链上的负载。下图为负切变情况下主轴危险截面处的载荷对比：
因此在机组选型的时候，需要格外关注负切变带来的载荷加剧。此外，风切变还会对风机的发电量产生影响，正常情况下，风机厂家提供的功率曲线对应的风速都是轮毂中心处的风速，但是在不同的风切变、风廓线形态下，风轮面吸收的能量是不一样的，因此风机对风能转化量理论上也是不一样的，这样就会造成相同的轮毂中心风速，不同的发电量。对于这一点带来的发电量影响，小编资历尚浅，如果业内的高手、前辈们有相关的研究，希望能不吝分享。
影响风切变的因素：
既然风切变会产生这么大的影响，那么影响风切变的因素又有哪些呢?根据小编进行测风塔分析的经验来看，影响风切变的主要因素大致有以下几个方面：
1地形
所谓屁股决定脑袋，测风塔所立的位置，很大程度上决定了测风得到的风切变趋势。在其他条件类似的情况下，山地测风塔的风切变往往较小，在某些地形陡峭的山地，甚至可能出现负切变的情况。而平地测风塔，很少会遇到负切变的情况。这是因为，在山地中，测风塔往往是竖立在山顶的，风在爬坡过程中，下层的气流受到明显的挤压，根据通量守恒，因此下层气流加速效应大于上层气流，导致下层风速增大明显，整体的风切变变小。当下层气流的加速效应更大的时候，就会出现负切变。
2地貌
地貌的影响主要体现在地表粗糙度的影响，对于地表粗糙度较小的情况，风切变指数往往较小;对于粗糙度较大的情况，风切变指数往往较大。这也是为什么地表植被较茂密的地区，风切变指数往往较大，这是因为当气流流经植被较茂密的地区的时候，下层的风速衰减较严重，出现类似的“风廓线抬升”的情况，如下图为风流经不同的粗糙度大小的森林的时候表现出来的风廓线形状。当地表粗糙度较大的时候，风廓线抬升较明显，因此拟合出来的风廓线的风切变指数较大。
3大气稳定性
在不同的大气稳定性下，同样表现出不同的风廓线，进而造成不同的风切变指数。如下图所示，为不同的大气稳定度下的风廓线，在不稳定的大气条件下，风切变指数较小;在稳定的大气条件下，风切变指数较大(这也是为什么同样都是平原地区，北方测风塔的风切变指数往往大于南方)。
出现这样的现象，是因为当大气不稳定的时候，气流的上下交互较为频繁，因此下层的气流受到原先处于上层流速较大气流的带动，风速增大;上层气流受到原先处于下层流速较小气流的影响，风速减慢，总体表现为风切变减小，如下图所示：
大气稳定性的理解，可以简单根据上图进行阐述。上图展示的是一天中不同高度风速在不同时刻的变化趋势，在上午9:00左右，地表阳光影响加热，因此上下层气流交互加剧，大气变得不稳定，风切变减小;在傍晚18:00左右太阳下山，地表热辐射导致温度降低，上下层气流交互减弱，大气变得稳定，风切变增大。
所以，回到开头那个问题，华北平原地区风切变的水平想必哥们儿您也大概明白了吧?不过具体还要结合上面提到的几个影响因素来看，不能一概而论。
以上内容是小编在这几年风资源分析工作中对于风切变的一些理解，有什么疏漏之处，望大家包涵。格林云近期也会发布全国的切变地图，届时希望各位技术大牛能多提供一些建议，给行业后辈多一些指导。
原标题：【格林大家谈】第9期 “风切变”那些事儿
