技术
(2) 对数分布律
在近地层，风速随离地面高度有显著变化。造成风在近地层中的垂直变化的原因有动力因素和热力因素，前者主要来源于地面的摩擦效应，即地面的粗糙度，后者主要表现与近地层大气垂直稳定度的关系。在离地高度100m内的近地层中，可以忽略剪切应力的变化，这时，风廓线可采用普朗特(Prandtl)对数率分布来表示
式中：V-高度Z 处的风速，m/s;
V*-摩擦速度，m/s;
K-卡门常数，其值为0.4左右;
Z0-粗糙度，m;
Z-离地高度，m。
(3) 指数分布律
用指数律分布计算风廓线比较简便，一般情况下，风速随高度变化可以用幂指数公式来描述：
式中：Vn和V0-距地面高度Hn和H0处的风速，单位分别为m/s 和m;
α-风切变指数，是衡量风速随高度变化快慢的指标。
风切变，又称风切或风剪，它反映了风速随着高度变化而变化的情况，包括气流运动速度的突然变化、气流运动方向的突然变化。
风切变指数对于风电机组的设计非常重要，同一台风力发电机在不同的高度，获得的风能是不同的。例如，一台风力发电机的轮毂高度为40m，叶轮直径为40m，则叶轮扫风面最上端(60m高度)的风速可达9.3m/s，最下端(20m高度)的风速为7.7m/s，这就意味着叶轮扫风面承受巨大的压力差。
根据风电机组的设计规范，风电机组轮毂高度处的风切变系数不高于0.2。
距离地面1000m以上的风况几乎不受地面的影响，但是在大气层的近地面层，风速受到地面摩擦的影响较大。图5—图7分别表示出不同粗糙度情况下的风廓线比较图、风从平滑地表吹向粗糙地表时的风廓线变化图和风从粗糙地表吹向平滑地表时的风廓线变化图。
图5 不同粗糙度情况下的风廓线比较图
图6 风从平滑地表吹向粗糙地表时的风廓线变化图
图7 风从粗糙地表吹向平滑地表时的风廓线变化图
6湍流强度
在近地层中，气流具有明显的湍流特征，湍流是一种不规则随机流动，其速度有快速的大幅度起伏，并随时间、空间位置而变。
湍流强度是衡量气流脉动强弱的相对指标，常用标准差和平均速度的比值来表示。在图1-8中，在平均风速相同的条件下，右侧风速的湍流强度大于左侧湍流强度。
湍流强度会减小风力发电机组的风能利用率，同时也会增加机组的疲劳载荷和机件磨损几率。在风电机组的设计规范中，对风电机组所承受的不同湍流强度做了规定。一般情况下，可以通过增加风力发电机组的轮毂高度来减小由地面粗糙度引起的湍流强度的影响。
图8 湍流强度比较图
(选自《风力发电技术与风电场工程》杨校生主编出版社：化学工业出版社 )
