风能资源的统计计算

风能资源的统计计算
风能资源在统计计算时，主要考虑风况和风功率密度。

（一）风况
1.年平均风速年平均风速是一年中各次观测的风速之和除以观测次数，它是最直观简单表示
风能大小的指标之一。

我国建设风电场时，一般要求当地在10m高处的年平均风速在6m/s左右。

这时，风功率
密度在200-250Wm 2（见表2-7 ），相当于风力发电机组满功率运行的时间在2000-2500h，从经济分析来看是有益的。

但是用年平均风速来要求也存在着一定的缺点，它没有包含空气密度和风频在内，所以年平均风速即使相同，其风速概率分布型式P（V）并不一定相同，计算出的可利用风能小时数和
风能有很大的差异，见表2-6。

可以看出，一年中风速大于等于3m/s时间风速在一年中出
现的小时数，在平均风速基本相同的情况下，最大的可相差几百小时，占一年中风速大于等
于3m/s时间出现小时数的30%，两者相等的几乎没有，其能量相差就更为突出。

有的可以相差1.5倍以上。

从全国300余站资料的分析来看，情况大体相似。

两站平均风速基本相同，其一年中风速大于等于3m/s时间小时数和风能却不相同，若以相差5%为相同者，其
站数还不到总站数的5%。

2.风速年变化风速年变化是风速在一年内的变化。

可以看出一年中各月风速的大小，在我国一般是春季风速大，夏秋季风速小。

这有利于风电和水电互补，也可以将风力发电机组的检
修时间安排在风速最小的月份。

同时，风速年变化曲线与电网年负荷曲线对比，若一致或接近的部分越多越理想。

3.风速日变化风速虽瞬息万变，但如果把长年代的资料平均起来便会显出一个趋势。

一般说来，风速日变化有陆、海两种基本类型。

一是陆地白天午后风速大，夜间风速小，因为午后
地面最热，上下对流最旺%高空大风的动量下传也最多。

一是海洋上，白天风速小，夜间风速大，这是由于白天大气层的稳定度大，因为白天海面上气温比海温高所致。

风速日变化与电网的日负载曲线特性相一致时，也是最好的。

4.风速随高度变化在近地层中，风速随高度有显著的变化，造成风在近地层中的垂直变化的
原因有动力因素和热力因素，前者主要来源于地面的摩擦效应，即地面的粗糙度；后者主要
表现与近地层大气垂直稳定度的关系。

当大气层结为中性时，乱流将完全依靠动力原因来发
展，这时风速随高度变化服从普朗特经验公式：
V =右丨n y- ( 2- 8
式中V-—凤速｛m■' Q扌
K —卡曼常数.真值为左右二
V* 摩擦速度(m小
p一空咒密度L 225kg/ m3 j
tn --地面55 切I 应7J(N nr ■；
Z __离地高度；tn)
Z.—粗糙度<m)F
经过推徐町以得出慕定律公式：
-r (刽
式中V n Zn高度处风速(tn/s)i
V T——Z1高度处風速CnVs)t d ―-为琳切变指駐。

逋切变指敷可II下式+1訖
(2 —] 0)
如果没有不同高度的实测风速数据，风切变指数a取1/7 (0.143 )作为近似值，这相当地
面为短草。

在广州电视塔观测a为0.22，上海南京路电视塔a为0.33，南京跨江铁塔为0.
21，武汉跨江铁塔为0.19，北京八达岭风电试验站为0.19。

风速垂直变化取决于a值。

a值的大小反映风速随高度增加的快慢，a值大表示风速随高度
增加的快，即风速梯度大；a值小表示风速随高度增加的慢，即风速梯度小。

a值的变化与地面粗糙度有关，地面粗糙度是随地面的粗糙程度变化的常数，在不同的地面
粗糙度风速随高度变化差异很大。

粗糙的表面比光滑表面更易在近地层中形成湍流，使得垂直混合更为充分，混合作用的加强，近地层风速梯度就减小，而梯度风的高度就较高，也就是说粗糙的地面比光滑的地面到达梯度的高度要高，所以使得粗糙的地面层中的风速比光滑
地面的风速小。

5.风向频率玫瑰图风向玫瑰图可以确定主导风向，对于风电场机组位置排列起到关键的作用，因为机组排列是垂直于主导风向的。

6.湍流强度湍流是指风速、风向及其垂直分量的迅速扰动或不规律性。

是重要的风况特征。

湍流很大程度上取决于环境的粗糙度、地层稳定性和障碍物。

湍说强度咼廉动凤邃的均方差麻与平均凤速V的比值・即
I f= i <2-11)
I値10或以卜时夷示韵诫校小•到025农明湍滝过丈.毅海」li■在茂朋-
6 Uh陆地上0・12〜0. 15・它有两种不利的影响M少输出的功率和引起风能转换系第的换动和荷截的不均匀、無按使风力发电机组湮到械坏n。