2.4　地形和障碍物对风速的影响

2.4.1　障碍物对风速的影响

当遇到建筑物、树木、岩石等类似障碍物时，风速和风向均会迅速发生改变。在障碍物后缘会产生很强的湍流，该湍流在下游方向远处逐渐减弱。图2-11所示为由障碍物造成的风湍流及其风速变化轮廓线。气流湍流会减小风力机的有效功率，也会增加风力机的疲劳载荷。

湍流强度和延伸长度与障碍物的高度有关。如图2-11所示，在障碍物的迎风侧，湍流区长度可高达障碍物的2倍高度，背风侧湍流延伸长度可达障碍物高度的10～20倍。障碍物高宽比越小，湍流衰减越快；高宽比越大，湍流区越大。在高宽比无限大的极端条件下，湍流区长度可以达到障碍物高度的35倍。

在垂直方向，湍流影响范围的最大高度达障碍物高度的2倍。当风力机叶片扫风最低点所处的高度是障碍物高度的3倍时，障碍物对风力机的影响可以忽略。但若风力机前有较多障碍物时，平均风速因障碍物而发生改变，此时必须考虑障碍物对风力机性能的影响。因此，在风电场选址时应考虑到附近区域的障碍物，塔的高度必须足够高以便来克服湍流区的影响。

图2-11　由障碍物造成的风湍流

2.4.2　山脉对风的影响

山脊、丘陵和悬崖的形态极大地影响着风廓线。如图2-12所示，光滑的山脊会加速穿越的气流，这是因为风通过山脊时受阻压缩而引起加速。山脊的形状决定了加速的程度，表面裸露时，对风速影响更加明显。若山脊的斜率在6°～16°之间，加速明显，可充分利用这种效应来开展风力发电项目。若斜率超过27°或低于3°，加速不明显，不利于风力发电。如图2-13（a）所示，对于长而地表坡度平缓的山脊，其顶部及迎风面上半部一般都是较好的风场；在其背风面，因可能存在湍流而不宜设置风力机。

图2-12　传过山脊时造成的加速效应

另一重要因素是山脊走向。若盛行风风向与脊线垂直，则加速效应更明显。若山脊脊线与盛行风平行，则对风速无加速效应。

在山的缺口，走向与风向平行的山峡，当气流通过通道收敛部位，风速均会提高，这样的部位俗称为风口，如图2-13（b）所示。当风穿越风口这样的间隙时，产生喷管效应，速度会增强，形成了狭管风。风口的几何参数，如宽度、长度、坡度等，都是决定加速程度的主要因素。若两座高山之间的间隙面向风向，则风口处是一个极佳的风电场。两高山表面越光滑植被越少，粗糙度越小，则对风的加速效果越好。

图2-13　山脉对风的影响