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浅析“狭管效应”及其在风电场中的利用

导读: 地形对风速的影响中,“狭管效应”是重要的一部分,有关国际组织已将其列入大都市面临的20种新的城市灾害中。

  地形对风速的影响中,“狭管效应”是重要的一部分,有关国际组织已将其列入大都市面临的20种新的城市灾害中。由于城市高层建筑间距较小,大风迎面吹来后无法顺畅通过,只能聚集在很小的空间内,强风来临时,高层建筑会将高空强风引至地面,造成高楼附近局部强风,形成“狭管效应”,既容易造成飞坠事故,也影响行人的安全,甚至会出现高楼附近大风中行人行走困难、被风吹倒等现象。

  我们先来看一下狭管效应的定义:

  当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时,由于空气质量不能大量堆积,于是加速流过峡谷,风速增大。当流出峡谷时,空气流速又会减缓。这种峡谷地形对气流的影响,称为“狭管效应”或“峡谷效应”。

  用一个简单的示意图来表示,如图,迎风面气流受到挤压,在通道中风速加速,形成“狭管风。”(在风电场中,我们把受地形影响产生狭管效应而增大的风,称为峡谷风或穿堂风。)

  狭管效应产生的不利影响不仅出在城市,2007年2月28日,乌鲁木齐开往阿克苏的5807次旅客列车遭到13级狂风袭击,造成车辆脱轨。此次事故地点是天山南北向的峡谷地区,大风经过这一地形也就是风口时,经过“狭管效应”的迅速放大,风力将成倍加大,其破坏力十分惊人。

  例如河西走廊地区,由于地形造成的狭管效应,导致近地面风速有明显的增强,河西地区常常会出现强沙尘暴或特强沙尘暴。每年3月~5月,蒙古气旋的活跃和冷空气活动的频繁,易产生大风天气;沙漠地区少雨,天气变暖,气温回升,极易于促成沙尘暴的形成。

  那么,看完了以上这些例子,我们是否可以简单的把“狭管效应”归类为一种气候灾害呢?

  其实不然,任何事物都存在两面性,狭管效应固然会产生诸多不利影响,但对于风电场的开发建设来说,也存在一定的契机。

  比如在福建省与台湾省之间的台湾海峡与常年盛行的东北风形成的狭管效应,使得福建沿海及岛屿的风速加大,可利用风速持续时间加长。

  再说河西走廊,该地区在我国被号称为“风电走廊”,因为河西地区靠近冬季风源地;地形平坦,植被覆盖率低,风力大。地形影响导致狭管效应,地面风速强盛。如下图所示。

  再比如如青海的冷湖丁字路口地区,受地形影响,存在较为明显的狭管效应。如下图所示,丁字路口305省道的南北两侧,各有较高的山峰,同时冷湖地区常年盛行风向、盛行风能方向均为E,且该地区地形平坦,地表障碍物稀少,植被覆盖率低,受狭管效应影响,此地区风速较为强盛,有利于建设风力发电

  从流体力学角度讲,风在峡谷中受到挤压,风速变大,并且流动变得混乱,由开阔空间的层流状态转变为湍流状态,从而可以达到破坏性的速度,极易对风力发电机组产生不利影响,对于风电场的开发建设和对风能的利用形成了一定的挑战。

  由此我们可以简单总结一下,形成风能加速的狭管效应能够利用于风力发电,需要一定条件,主要包括两点:一、该地区的盛行风向与狭管的方向较为一致,且盛行风向较集中。二、地形相对较简单,形成狭管效应的气流通道的表面应尽可能平滑,否则将会产生较大的湍流,对风电机组产生不利影响。

  峡谷风电场有其特殊性,对于不同的地形影响来说,又有各自的特点。勘测设计工作也有一定的难度。但只要掌握了峡谷风电场风能资源特性,并对其特点加以详细分析和合理利用,狭管效应也能成为风电场开发和建设的助推剂。

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