技术 | 风切变指数的处理

风切变值反映风速在垂直方向上的变化率，切变值越大，高层风速的利用价值越高。使用分析准确的风切变值，才能更为精准的推算更高高度层的实际风速情况。

定义

风切变指数直接影响风力发电机组轮毂高度的确定，同时间接影响风电场建设成本。近地层风的垂直分布主要取决于地表粗糙度和低层大气的层结状态。在中性大气层结下，对数和幂指数函数都可以较好地描述风速的风切变，风切变幂指数公式的表达式为：


公式中V2为高度Z2处的风速（m/s）；V1为高度Z1处的风速（m/s），Z1一般取10m高度；α为风切变指数。

二、风切变的一般取值

包含所有高度的综合风切变

（除底层高度10m外）所有高度的综合风切变

高层风切变


因底层风的垂直分布易受地形和地表粗糙度的影响，故评价综合风切变时一般视情况会去掉底层10m高度的风速。同时因风机预装高度一般会高于测风塔高度，故测风塔的高层风切变也应同时评价。从保守的角度考虑，取其小值作为最终的风切变指数值。

三、高层具有双测风仪器的风切变取值处理

按照能源标准《风电场工程风能资源测量与评估技术规范》（NB/T 31147-2018），风切变指数的计算至少应符合下列规定：

用于风切变指数计算的数据应为实测的有效数据，不得为经过修正、订正或通过数值模拟获得的数据。

用于风切变指数计算的数据应为测风塔上相同安装方向风速传感器的测量成果。

应分别计算不同高度间的风切变指数。

故按照规范要求，对于同一高度层具有双测风仪器的，应选用和其它高度层同一方向的实测风速数据来进行风切变指数计算。以××测风塔为例，其中90mA通道与其它高度层在同一方向，90m高度分别以A和B两通道实测风速做综合风切变指数图：


通过上图比对可以知道：选用同一高度A和B通道风速做综合风切变会有轻微的差别，造成差别的原因是“塔影效应”，产生的后果就是同一高度层不同方向的风速会有细微差距。故在实际分析风切变指数的过程中，应按照规范要求采用安装在同一方向上的风速进行风切变分析。