风场在压力下的运行

模拟显示负风切变可以减小风场的功率输出。

2021年，风力涡轮机发电量约占美国公用事业规模发电量的9.2%，这一数字自1990年以来呈指数级增长。为了满足未来的需求，工程师需要通过提高对风电场与当地大气相互作用的理解来优化风电场设计。为此，荷兰特温特大学的Anja Stieren、Richard Stevens和他们的同事评估了大气中高度变化的压力梯度如何影响可用当地风力资源的开发[1]。他们的模拟表明，与驱动压力梯度不随高度变化的标准模型相比，功率生产有所减少。

速度和湍流剖面表明，斜压引起的剪切在较高海拔处产生额外的湍流

驱动压力梯度的高度相关变化——“斜压性”——因水平温度变化而产生，例如在沿海地区或沿山坡。根据其与水平温度梯度的对齐情况，压力梯度可能会随高度而变陡、变平或改变方向。

(a)，(e)水平速度量级，(b)，(f)垂直动量通量，(c)，(g)位温，以及(d)，(h)风向角，分别是SBL和NBL情况下高度的函数。灰色阴影区域标记了跨越涡轮叶片和覆盖逆温层的高度

(SBL为稳定边界层，NBL为中性边界层)

Stieren和她的同事提出了一个随高度减小的压力梯度，产生负风切变。使用超级计算机模拟，他们捕捉到风力涡轮机网格内和周围的大规模流动特征和小规模湍流。结果表明，与无斜压性的情况相比，负风切变可以显著降低风机高度处的风速。此外，切变会导致湍流加剧，从而导致能量上升，远离风电场。湍流的增加通常有利于风电场的性能，因此研究人员惊讶地发现湍流会降低性能。他们表示，考虑斜压性的这种影响将有助于工程师改善风电场的布局和效率。

(a)–(c)轮毂高度处的瞬时速度。(d)–(f)最后一排涡轮机后一倍转子直径距离的y-z平面上的瞬时速度。为清楚起见，仅显示z≤1.4km处区域。黑线和圆圈表示涡轮机的位置。