趣味知識(shí):為什么風(fēng)機(jī)更愛(ài)晚上發(fā)電
晚上風(fēng)電比白天多?這不是錯(cuò)覺(jué),本質(zhì)是大氣晝夜變化造就的自然規(guī)律。
1、白天:風(fēng)被“煮熟”了。
白天在太陽(yáng)輻射的持續(xù)加熱下,地表溫度快速升高,貼近地面的空氣受熱"變輕"、持續(xù)向上攀升;高空冷空氣則向下沉降,大氣內(nèi)部形成劇烈且雜亂的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)。
很多人誤以為空氣流動(dòng)越活躍,風(fēng)力發(fā)電效果越好,但對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言,事實(shí)恰好相反。
風(fēng)機(jī)發(fā)電的最優(yōu)條件:氣流穩(wěn)定、風(fēng)向統(tǒng)一、風(fēng)速連續(xù)無(wú)劇烈波動(dòng)。
而白天強(qiáng)對(duì)流天氣下,近地面至數(shù)百米高空的空氣,就像一鍋持續(xù)沸騰的沸水,上下無(wú)序翻騰。這種紊亂的氣流,會(huì)直接打散、擾亂高空原本平穩(wěn)的高速風(fēng)帶。
目前主流風(fēng)機(jī)的輪轂高度集中在100–180米,這個(gè)高度范圍內(nèi)的風(fēng),白天風(fēng)速未必偏小,但風(fēng)向飄忽不定、風(fēng)速忽大忽小,風(fēng)能分散且不穩(wěn)定,無(wú)法被風(fēng)機(jī)高效捕捉,最終導(dǎo)致發(fā)電效率偏低。
2、夜晚:低空急流悄然登場(chǎng)
日落之后,地表失去太陽(yáng)熱源,散熱速度遠(yuǎn)快于高空大氣,近地面空氣快速冷卻、密度變大,逐漸趨于靜止,大氣垂直對(duì)流活動(dòng)基本消散,整體進(jìn)入穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)。
也正是在這個(gè)階段,風(fēng)電行業(yè)至關(guān)重要的氣象現(xiàn)象——夜間低空急流,正式登場(chǎng)。
通俗解釋:夜間近地面空氣冷而厚重,形成一層穩(wěn)定的“空氣屏障”;屏障上方的高空氣流流速更快,但受下層穩(wěn)定氣層阻隔,無(wú)法向下傳遞動(dòng)能。久而久之,高速氣流在穩(wěn)定氣層頂部不斷聚集、持續(xù)加速,最終在距離地面100-500米的空域,形成一條狹窄、強(qiáng)勁且狀態(tài)穩(wěn)定的高速風(fēng)帶,這就是低空急流。
巧的是,現(xiàn)代主流風(fēng)機(jī)的葉輪掃風(fēng)高度,剛好覆蓋低空急流的底部區(qū)域。
相較于白天紊亂的對(duì)流風(fēng),夜間低空急流具備三大優(yōu)勢(shì):風(fēng)速更高、風(fēng)向恒定、湍流強(qiáng)度極低,完美契合風(fēng)機(jī)發(fā)電的全部需求,后半夜也由此成為風(fēng)電場(chǎng)的天然黃金發(fā)電時(shí)段。
3、地形效應(yīng)加持
夜間低空急流是普適性大氣規(guī)律,而局部特殊地形,會(huì)進(jìn)一步放大夜間風(fēng)電的產(chǎn)出優(yōu)勢(shì),讓晝夜發(fā)電量差距更加明顯:
(1)沿海地區(qū)
白天受海陸熱力差影響,盛行海風(fēng)(海洋流向陸地),氣流增速平緩、風(fēng)力偏弱;
夜間陸地降溫速度遠(yuǎn)超海洋,風(fēng)向發(fā)生反轉(zhuǎn),形成陸風(fēng)(陸地流向海洋)。同時(shí)內(nèi)陸高地的冷空氣向低處沉降,催生下坡風(fēng),陸風(fēng)與下坡風(fēng)雙向疊加,風(fēng)力強(qiáng)度遠(yuǎn)超白天的海風(fēng)。
(2)山區(qū)與丘陵地帶
白天山坡受太陽(yáng)照射升溫,暖空氣沿坡面向上爬升,形成谷風(fēng),氣流分散無(wú)聚焦性;夜間坡面快速降溫,冷空氣沿山坡下沉匯聚,形成強(qiáng)勁的下坡風(fēng)。這類氣流會(huì)在峽谷、山谷出口等狹窄區(qū)域加速增壓,局部風(fēng)速大幅提升。
低空急流+地形下坡風(fēng)的雙重buff,是多數(shù)陸上風(fēng)電場(chǎng)夜間發(fā)電量碾壓白天的核心原因。
4、也有例外
“夜間風(fēng)電更強(qiáng)”屬于宏觀統(tǒng)計(jì)規(guī)律,以下三種特殊場(chǎng)景下,白天發(fā)電量能夠輕松反超夜間:
(1)強(qiáng)天氣系統(tǒng)過(guò)境:冷鋒、溫帶氣旋、臺(tái)風(fēng)等大型天氣系統(tǒng)帶來(lái)的系統(tǒng)性大風(fēng),不受晝夜大氣層結(jié)影響,全天風(fēng)力充沛,白天發(fā)電能力拉滿;
(2)特殊風(fēng)口環(huán)流:山地隘口、狹長(zhǎng)風(fēng)口等特殊地貌,白天受低壓抽吸效應(yīng)影響,風(fēng)速全天維持高位,晝夜發(fā)電量幾乎無(wú)差異;
(3)夏季午后對(duì)流風(fēng)暴:夏季午后極易誕生短時(shí)雷暴大風(fēng),這類極端對(duì)流風(fēng)風(fēng)速極高,能在短時(shí)間內(nèi)拉升發(fā)電量,但弊端是持續(xù)性差、易損傷風(fēng)機(jī),無(wú)法作為穩(wěn)定發(fā)電來(lái)源。
拋開(kāi)特殊天氣與局部地貌,從年度、季度長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看,夜間出力高、白天出力低,仍是國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)陸上風(fēng)電場(chǎng)的共性特征。
5、小結(jié)
風(fēng)機(jī)晚上比白天更能發(fā)電,不是因?yàn)樵铝劣心Я?,而是因?yàn)椋?/span>白天對(duì)流攪亂了風(fēng),夜間低空急流悄悄發(fā)力,再加上地形推波助瀾。
下一次你半夜醒來(lái)聽(tīng)到窗外風(fēng)聲大作,不妨想一想——遠(yuǎn)處的風(fēng)電場(chǎng),可能正在迎來(lái)一天中最高光的時(shí)刻。
注:本文討論的是宏觀統(tǒng)計(jì)規(guī)律。具體某一天的發(fā)電情況,還會(huì)受到天氣系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)位置和機(jī)組控制策略等因素影響,僅作為趣味科普。
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