昨天看到一篇新闻《保定徐水区、廊坊、正定实施机动车单双号限行措施》,其中说到保定市徐水区决定自2015年11月16日0时至2016年3月31日24时,徐水城区范围内机动车分段实行机动车限行措施,原因是为了治理大气污染。众所周知,冬季来临,空气污染通常比较严重,供暖燃煤是其中一个重要的污染源。但是,

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【漫谈】从冬季空气污染到风切变

2015-11-18 08:35 来源:风电峰观察 作者: 盖峰

昨天看到一篇新闻《保定徐水区、廊坊、正定实施机动车单双号限行措施》,其中说到保定市徐水区“决定自2015年11月16日0时至2016年3月31日24时,徐水城区范围内机动车分段实行机动车限行措施”,原因是为了治理大气污染。

众所周知,冬季来临,空气污染通常比较严重,供暖燃煤是其中一个重要的污染源。但是,我今天并不是要给风电做广告的,而是要讲一个风电行业入门的概念:风切变。

大气稳定度

首先,我们先来了解一个概念:大气稳定度。根据百度百科的定义:大气稳定度指整层空气的稳定程度,以大气的气温垂直加速度运动来判定。大气中某一高度的一团空气,如受到某种外力的作用,产生向上或向下运动时,可以出现三种情况:

稳定状态(a图)。移动后逐渐减速,并有返回原来高度的趋势。

不稳定状态(c图)。移动后,加速向上向下运动。

中性平衡状态(b图)。如将它推到某一高度后,既不加速,也不减速而停下来。

简而言之,就是空气受到垂直方向扰动后,大气层结(温度和湿度的垂直分布)使该空气团具有返回或远离原来平衡位置的趋势和程度。

在中性平衡状态,高度每增加100米,温度降低约1℃,空气微团向上(向下)运动膨胀(压缩)后温度降低(提高),使得空气微团在新的位置达到平衡。而在地表温度较低时,空气温度随高度提高逐渐提高,空气微团向上(向下)运动膨胀(压缩)后温度降低(提高),较大(较小)的空气密度会使其返回原来的位置,此时大气处于稳定状态;而在地表温度较高时则正好相反,大气也将处于不稳定状态。

风切边的影响因素

风切变是在地表摩擦力的作用下,不同高度的风速所表现出的随高度降低逐渐较弱的趋势,风切变的程度通常用风切变指数来衡量。

那大气稳定度又是怎么和风切变扯上关系的呢?这就得提到湍流了。湍流基本特征是流体微团运动的随机性,由于湍流的随机性,所以其运动方向是有多个方向的。而其中(垂直方向的)湍流(分量)会使不同高度的空气相互混合,实现动量和动能的交换,进而影响风切变的程度。

在大气处于不稳定状态时,不同高度的风速之间动量交换程度很高,风切变指数较小;相反,在大气处于稳定状态时,不同高度的风速之间动量交换程度较弱,风切变指数较大(此时的风切变主要受地形因素的影响)。

风切变对机组的影响

了解了这些之后,大家就可以理解为什么冬季的污染似乎更严重,这主要是因为大气稳定污染物不宜扩散。

但是,我们其实还可以知道更多,比如:冬季的风切变大于夏季,夜晚大于白天,阴天大于晴天。所以从这个角度来说,三北地区风切变注定是要小于南方低风速地区的,所以面向三北的机型也就没有必要把轮毂高度提得太高,而面向南方低风速地区的机型则必须更倾向于走高塔筒的路线。

再看欧洲,之所以国外厂家要追求高塔筒(Vestas的3.45MW最高已达到166米,参见《Vestas 3.3MW平台全新升级》,点击“阅读原文”查看),一方面说明人家基建的能力很强,但一方面也是受其特有环境(纬度较高、植被茂密与海洋气候等)影响的必然选择。

注意:当风速大于15m/s时,通常认为大气处于中性平衡状态,可千万要记住啊。

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