第三章 风资源评估学习课件.ppt
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✓ A面积、r空气密度、V风速
➢ 这是风所具有的能量。而风力机最大可能吸收的风能仅为其的 16/27=0.59259(贝茨极限）
✓ 如果把风所具有的能量全都吸收了，会发生什么？
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
➢ 风功率密度:单位面积上的风功率
✓ 设空气流动质量流量为dm/dt，密度为ρ，风速（假定为均匀风速）为U，风轮 面积为A， 根据连续方程有 （dm/dt）=ρAU
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§3：风场中的空气动力问题
风电场选址
➢ 风电场选址包括宏观选址和微观选址
✓ 宏观选址
从一个较大的地区（从几十平方公里到几十万平方公里的范围）， 对气象条件（风能资源）、并网条件、经济条件、地理条件、地 形条件、环境影响等方面进行综合考察后，选择一个风能资源丰 富、而且最有利用价值的小区域（通常小于十平方公里）
宏观选址
➢ 原则
✓ 根据风能资源调查与分布的结果，选择最有利的场址，以求增大风力 机组的出力，提高供电的经济性、稳定性和可靠性；最大限度地减少 各种因素对风能利用、风力发电机组使用寿命和安全的影响；全方位 考虑场址所在地对电力的需求及交通、电网、土地使用和环境等因素
✓ 气象条件
风能资源丰富区：10m高度处的年平均风速在6m/s以上，风功率 密度大于200W/m2的地区
技术可开发风能储量（Technical potential）； 经济可用风能储量（Economic potentLeabharlann Baidual），是经济可用的技术可
开发量； 可实现的风能储（Implement potential），考虑风力机在一定时
间内能捕获的风能资源。 ✓ 最常评估的是前三种。
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
✓ 地理条件
风电场的地理位置、海拔高度以及交通运输等基础设施条件等状 况，它们将直接影响风力发电机组的运输、安装和调试等
✓ 地形条件
地形条件是指风电场场址的地形、地貌以及地面障碍物等。风电 场场址最好选在 “平坦地形”，即在4km~6km半径范围内，场址 周围地形的高度差小于50m；并且地形高长比小于0.03（即3%坡 度）。另外，还要考虑建筑物和防护林带等地面障碍物对其附近 气流的扰动作用
Ke
1
3
N
Ui3
NU i1
N——年小时数，8760。
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§3：风力机空气动力学 §3－10：风电场中的空气动力问题
风力机空气动力学
第三部分：风资源的评估
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§3：风场中的空气动力问题
➢ 风资源评估
✓ 世界能源委员会(World Energy Council)将风资源评估分为五类：
气象测量储存量（Meteorological potential），它等价于可用风能 资源；
地域风能储量(Site potential），它是在前者的基础上，限定了地 形的因素；
单位时间的动能，即功率可表示为 P=（1/2）（dm/dt）U2=（1/2）ρAU3
单位面积上的功率P/A，即风功率密度表示为 P/A=（1/2）ρU3 注意：
» 风功率密度与空气密度成正比。在标准情况下，空气密度为1.225 kg/m3 » 风功率与风轮扫过的面积成正比（传统的水平轴风力机的风轮直径的平方） » 风功率密度与风速的立方成正比 » 风力机的输出功率还要考虑到空气动力学问题以及风轮和发电机的联合效率的
✓ 环境影响评估
有利方面：风电场对减轻环境污染、改善当地能源结构以及保护 生态环境等方面所产生的社会效益和环境效益
不利方面：影响附近地区的景观，对鸟类及其它动物生活的干扰， 以及风力发电机组所产生的噪声污染和电磁干扰影响等
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§3：风场中的空气动力问题
风功率密度
理解“风能”，需要很好地理解“功”，“功率”和“能量” ➢ 力×距离功；
➢ 风资源评估
✓ 我国气象局根据《全国风能资源评价技术规定》和国家发展改革委印 发的《全国大型风电场建设前期工作大纲》（发改办能源[2003]1287 号）初步探明我国陆上距地面10米高度： 全国风能资源总储量42.65亿KW， 技术可开发量2.98亿KW，面积约20万平方公里； 潜在技术可开发量为0.78亿KW .
变成动能，并随速度的平方增加。
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§3：风场中的空气动力问题
运动着的风具有动能风速的平方
➢ 当风吹向一个物体是，速度会减小（动能减小），而（静）压力会 提高（势能提高）。导致可驱动物体运动的作用力与动能成比例
由于功率 力×速度，所以，风的功率与速度的三次方成 比例
风功率：
➢ P＝0.5*r*A*V3
✓ 微观选址
在宏观选址中选定的小区域中确定如何布置风力机，使整个风电 场具有较好的经济效益
➢ 一般，风电场选址需要两年时间，国内外的经验教训表明，由于风 电场选址的失误造成发电量损失和增加维修费用将远远大于对场址 进行详细调查的费用。因此，风电场选址对于风电场的建设是至关 重要的。
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§3：风场中的空气动力问题
✓ 当力使物体移动了一定的距离，就对该物体做了功
➢ 力×速度功率；
✓ 功率是做功的比率，即、由施加在物体上的力与物体运动的速度之乘 积。得到为该物体作用的功率.
✓ 风力机的机械功率是通过风绕流叶片时所产生的空气动力（力矩）驱 动风力机轴所产生的，即力矩×转速。
➢ 功率×时间能量
✓ 机械能可以是势能或动能 ✓ 一个举起的物体具有势能；由于物体的高度和运动速度，释放后势能
影响。实际上，水平轴风力机最大可能利用风能约为45%。
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
✓ 如果某地区的年平均风速是已知的，可以知道年风功率密度。更准确
一点，已知一年内每小时的平均速度Ui，得到以小时平均的年平均风
功率密度
P
/
A
1 2
rU
3
Ke
U ——年平均风速
Ke——能量形式因子，
风向比较稳定的地区
风能日变化和年变化较小的地区
气候灾害（包括台风、风暴、积冰、风沙、盐雾、雷电、冰雹等） 较少的地区
✓ 并网条件
风电场场址要邻近主电网，便于并入主电网，使风电场投资中的 线路投资较少，从而降低风电成本
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§3：风场中的空气动力问题
✓ 经济条件
该地区的经济发展状况与对电力需求的程度
➢ 这是风所具有的能量。而风力机最大可能吸收的风能仅为其的 16/27=0.59259(贝茨极限）
✓ 如果把风所具有的能量全都吸收了，会发生什么？
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
➢ 风功率密度:单位面积上的风功率
✓ 设空气流动质量流量为dm/dt，密度为ρ，风速（假定为均匀风速）为U，风轮 面积为A， 根据连续方程有 （dm/dt）=ρAU
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§3：风场中的空气动力问题
风电场选址
➢ 风电场选址包括宏观选址和微观选址
✓ 宏观选址
从一个较大的地区（从几十平方公里到几十万平方公里的范围）， 对气象条件（风能资源）、并网条件、经济条件、地理条件、地 形条件、环境影响等方面进行综合考察后，选择一个风能资源丰 富、而且最有利用价值的小区域（通常小于十平方公里）
宏观选址
➢ 原则
✓ 根据风能资源调查与分布的结果，选择最有利的场址，以求增大风力 机组的出力，提高供电的经济性、稳定性和可靠性；最大限度地减少 各种因素对风能利用、风力发电机组使用寿命和安全的影响；全方位 考虑场址所在地对电力的需求及交通、电网、土地使用和环境等因素
✓ 气象条件
风能资源丰富区：10m高度处的年平均风速在6m/s以上，风功率 密度大于200W/m2的地区
技术可开发风能储量（Technical potential）； 经济可用风能储量（Economic potentLeabharlann Baidual），是经济可用的技术可
开发量； 可实现的风能储（Implement potential），考虑风力机在一定时
间内能捕获的风能资源。 ✓ 最常评估的是前三种。
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
✓ 地理条件
风电场的地理位置、海拔高度以及交通运输等基础设施条件等状 况，它们将直接影响风力发电机组的运输、安装和调试等
✓ 地形条件
地形条件是指风电场场址的地形、地貌以及地面障碍物等。风电 场场址最好选在 “平坦地形”，即在4km~6km半径范围内，场址 周围地形的高度差小于50m；并且地形高长比小于0.03（即3%坡 度）。另外，还要考虑建筑物和防护林带等地面障碍物对其附近 气流的扰动作用
Ke
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N
Ui3
NU i1
N——年小时数，8760。
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§3：风力机空气动力学 §3－10：风电场中的空气动力问题
风力机空气动力学
第三部分：风资源的评估
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§3：风场中的空气动力问题
➢ 风资源评估
✓ 世界能源委员会(World Energy Council)将风资源评估分为五类：
气象测量储存量（Meteorological potential），它等价于可用风能 资源；
地域风能储量(Site potential），它是在前者的基础上，限定了地 形的因素；
单位时间的动能，即功率可表示为 P=（1/2）（dm/dt）U2=（1/2）ρAU3
单位面积上的功率P/A，即风功率密度表示为 P/A=（1/2）ρU3 注意：
» 风功率密度与空气密度成正比。在标准情况下，空气密度为1.225 kg/m3 » 风功率与风轮扫过的面积成正比（传统的水平轴风力机的风轮直径的平方） » 风功率密度与风速的立方成正比 » 风力机的输出功率还要考虑到空气动力学问题以及风轮和发电机的联合效率的
✓ 环境影响评估
有利方面：风电场对减轻环境污染、改善当地能源结构以及保护 生态环境等方面所产生的社会效益和环境效益
不利方面：影响附近地区的景观，对鸟类及其它动物生活的干扰， 以及风力发电机组所产生的噪声污染和电磁干扰影响等
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§3：风场中的空气动力问题
风功率密度
理解“风能”，需要很好地理解“功”，“功率”和“能量” ➢ 力×距离功；
➢ 风资源评估
✓ 我国气象局根据《全国风能资源评价技术规定》和国家发展改革委印 发的《全国大型风电场建设前期工作大纲》（发改办能源[2003]1287 号）初步探明我国陆上距地面10米高度： 全国风能资源总储量42.65亿KW， 技术可开发量2.98亿KW，面积约20万平方公里； 潜在技术可开发量为0.78亿KW .
变成动能，并随速度的平方增加。
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§3：风场中的空气动力问题
运动着的风具有动能风速的平方
➢ 当风吹向一个物体是，速度会减小（动能减小），而（静）压力会 提高（势能提高）。导致可驱动物体运动的作用力与动能成比例
由于功率 力×速度，所以，风的功率与速度的三次方成 比例
风功率：
➢ P＝0.5*r*A*V3
✓ 微观选址
在宏观选址中选定的小区域中确定如何布置风力机，使整个风电 场具有较好的经济效益
➢ 一般，风电场选址需要两年时间，国内外的经验教训表明，由于风 电场选址的失误造成发电量损失和增加维修费用将远远大于对场址 进行详细调查的费用。因此，风电场选址对于风电场的建设是至关 重要的。
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§3：风场中的空气动力问题
✓ 当力使物体移动了一定的距离，就对该物体做了功
➢ 力×速度功率；
✓ 功率是做功的比率，即、由施加在物体上的力与物体运动的速度之乘 积。得到为该物体作用的功率.
✓ 风力机的机械功率是通过风绕流叶片时所产生的空气动力（力矩）驱 动风力机轴所产生的，即力矩×转速。
➢ 功率×时间能量
✓ 机械能可以是势能或动能 ✓ 一个举起的物体具有势能；由于物体的高度和运动速度，释放后势能
影响。实际上，水平轴风力机最大可能利用风能约为45%。
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
✓ 如果某地区的年平均风速是已知的，可以知道年风功率密度。更准确
一点，已知一年内每小时的平均速度Ui，得到以小时平均的年平均风
功率密度
P
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1 2
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Ke
U ——年平均风速
Ke——能量形式因子，
风向比较稳定的地区
风能日变化和年变化较小的地区
气候灾害（包括台风、风暴、积冰、风沙、盐雾、雷电、冰雹等） 较少的地区
✓ 并网条件
风电场场址要邻近主电网，便于并入主电网，使风电场投资中的 线路投资较少，从而降低风电成本
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§3：风场中的空气动力问题
✓ 经济条件
该地区的经济发展状况与对电力需求的程度