第八章 风力观测

中国风力发电产业发展现状和 前景展望
意义： 风能是太阳能的一种转换形式，是取之不尽， 用之不竭的，在其转换为电能的过程中，不产生任何有 害气体和废料，不污染环境，具有就地取材不需要运输 等特点，因此受到世界各国政府的广泛重视，几乎所有 的发达国家均将风能的开发利用列入本国21世纪最重要 的任务。除在财政上予以大力支持外，还制定了相应的 法律和法规扶持风能的开发利用。 中国具有丰富的风 能资源，可开发利用的地区占全国总面积的76％，在风 电场的开发利用、并网型风力发电机组的商业化开发及 离网型风力发电机组应用推广方面有长足的发展。特别 是在解决常规电网外无电地区农牧渔民用电方面走在世 界的前列，生产能力、保有量和年产量都居世界第一。
中国风能分布图
中国有效风功率密度分布图
中国风电历年装机图
海上的风车发电装置
青岛风王风力发电机有限公司
产品名称: 5KW 风轮直径: 7.0米 额定风速:10米/秒 额定功率:5000瓦 最大功率:7500w瓦 输出电压:直流120伏/240伏 启动风速:3米/秒 工作风速:3-30米/秒 安全风速:50米/秒 塔架高:10-12米 顶部质量 ( 不含塔杆 ):665千克 塔架类型 / 质量:拉索钢管/700千克(高 10米);独立塔杆/1100千克(高10米) 使用寿命:15年
天津风暴潮监测系统
浮标水文气象观测系统
传感器安装要求 •传感器高度12米（自地面至传感器）。 •8米与11米处设置钢丝绳拉索。 •传感器应在避雷装置保护范围内。 •钢丝绳拉索必须设置安全警示设施。 •安装点必须代表风能利用场。
“风玫瑰”图的绘制
“风玫瑰”图也叫风向频率玫瑰图，它是根据 某一地区多年平均统计的各个方风向和风速的百 分数值，并按一定比例绘制，一般多用八个或十 六个罗盘方位表示，如图一，由于该图的形状形 似玫瑰花朵，故名“风玫瑰”。玫瑰图上所表示 风的吹向（即风的来向），是指从外面吹向地区 中心的方向。
第一节
风
1.1
概述
开始发展风力发电事业，在福建、浙江、山东、辽宁都 安装了风力发电机组。南澳岛位于台湾海峡南部，是广 东省惟一的海岛县，由37个大小岛屿所组成。南澳岛地 处亚热带，北回归线横贯。冬暖夏凉的海洋性气候十分 宜人，年平均气温只有21.5℃，且空气清新，没有各类 污染工业，每立方厘米空气含负离子4000个，高于一般 城市10至20倍。盛夏季节，海风习习，气候清爽，是避 暑消夏的好地方，岛上的居民过着平静、快乐的日子。 如果说这里与其它的海岸或者岛屿有什么不同的话，那 就是这一地区每秒钟飞行十多米的风，南澳岛风能蕴藏 量高于北欧、北美等主要风能丰富区的平均值，所以亚 洲最大的海岸风能发电厂就建在岛上。
“风玫瑰”图的绘制
①＞②，①为主导风向， ②为最小风频；外面到 中心的距离较大，为当 地主导风向，如其主导 方向相反，则为季风风 向，如图三中乙图，其 主导风向为东北——西 南方向。
“风玫瑰”图样
风杆设计与安装
图8-1
秦皇岛海洋站气象场
风杆设计与安装
图8-2 黄骅港气象场
风杆设计与安装
图8-4
第二节 风力观测
2.3 仪器安装要求 风的传感器应安装于观测场内北面且距地面高度10～ 12m；若安装在平台上，距平台面（平台有围栏者，为距 围栏顶）6～8m，且距地面高度不得低于10m～12m 。 2.4 观测方法 按照测风仪的使用说明，连续测量并记录风速和风向， 及时更换记录载体并作时间标志。 静风时，风速记0.0，风向记C 。
问题和差距
1）产品在生产工艺、外观质量、运行的可靠性方面与国 外机组有一定的差距。（2）产品品种还不齐全。目前， 中国百瓦级的户用小型风力发电机组可大批量生产；千 瓦级的风力发电机组也可小批量生产；而十千瓦级的产 品在国内还不能够生产，没有可供的产品。 （3）离网 型风力发电机组必需配套使用的蓄电池，绝大多数用户 使用的是汽车用铅酸蓄电池，由于风能的不连续性，使 蓄电池容易出现过充过放现象，这严重影响了其使用寿 命。而蓄电池的价格又相对较高，这也影响了风力发电 机组推广销售。 （4）对与风力发电机组的配套的产品 研究较少，目前的功能只局限于照明、看电视，能够给 农牧渔民创造效益的配套产品的开发与试验不多。较大 功率的风力发电机组的推广试验方面的工作做的也不多。 （5）因风力发电机组使用的是无污染的清洁能源，但国 家在税收和财政上没有给予优惠和鼓励政策。
第二节 风力观测
2.5 方位 N NNE NE ENE E ESE SE SSE 度数 348.76～11.25 11.26～33.75 33.76～56.25 56.26～78.75 78.76～101.25 101.26～123.75 123.76～146.25 146.26～168.75 方位与度数换算表 方位 S SSW SW WSW W WNW NW NNW 度数 168.76～191.25 191.26～213.75 213.76～236.25 236.26～258.75 258.76～281.25 281.26～303.75 303.76～326.25 326.26～348.75
第二节 风力观测
2.6
风 级 0 1 2 3 4 5 6 名称 无风 软风 轻风 微风 和风 劲风 强风 风速m/s 风速m/s 0.00.0-0.2 0.30.3-1.5 1.61.6-3.3 3.43.4-5.4 5.55.5-7.9 8.08.0-10.7
目测风力表
海面征状 波高m 波高m 0.1 0.20.2-0.3 0.60.6-1.0 1.01.0-1.5 2.02.0-2.5 3.03.0-4.0
第一节
风
1.3
源自文库天气现象的分类
天气现象系指发生在大气当中的下列五种现象：水态现 象，杂粒现象，光的现象，电的现象及风暴现象。 1.3.1 水态现象 一些天气现象起因于大气中水汽条件的变化，它们 当中，有的以降水的形式发生，有的成颗粒(滴)状悬浮 在大气中，也有的以附着物形式凝结在地面或物体表面 上，这些现象统称为水态现象。 P276—279
第二节 风力观测
2.1 术语 风 —— 空气的水平运动。 风速 —— 空气质点经过的距离与经过该距离所需时间 的比值。 风向 —— 风吹来的方向。 2.2 海洋风能源调查要素 海洋风能源的观测要素是风速、风向、各级风速持续时 间。风速单位为m/s，观测范围为0～60m/s，当风速不大 于5.0m/s 时，准确度为±0.5m/s，当风速大于5.0m/s 时，准确度为±10%×读数；风向单位为°，风向的观测 范围为0～360°，准确度为±10°；各级风速持续时间 的单位为h。
“风玫瑰”图的绘制
风玫瑰图分为风向玫瑰图(图一)和风速玫瑰图 （图二）两种，一般多用风向玫瑰图。风向玫瑰图 表示风向和风向的频率。风向频率是在一定时间内 各种风向出现的次数占所有观察次数的百分比。
“风玫瑰”图的绘制
根据各方向风的出现频率，以相应的比例长度， 按风向从外向中心吹，描在用8个或16个方位所表示 的图上，然后将各相邻方向的端点用直线连接起来， 绘成一个形式宛如玫瑰的闭合折线，就是风玫瑰图。 图中线段最长者，即外面到中心的距离越大，表示 风频越大，其为当地主导风向，外面到中心的距离 越小，表示风频越小，其为当地最小风频，如图三 中甲
24.510 狂风 24.5-28.4 28.511 暴风 28.5-32.6 大于32.6 12 飓风 大于32.6
狂涛，波峰长而翻卷； 狂涛，波峰长而翻卷； 异常狂涛， 异常狂涛，大片白浪花完全覆盖着海 面； 空中充满了白色的浪花和飞沫； 空中充满了白色的浪花和飞沫；
9.09.012.5 11.511.516.0 14.0以 14.0以 上
风力发电机组的并网
当平均风速高于3m/s时，风轮开始逐渐起动；风速 继续升高，当v>4m/s时，机组可自起动直到某一设定转 速，此时发电机将按控制程序被自动地联入电网。一般 总是小发电机先并网；当风速继续升高到7～8m/s，发 电机将被切换到大发电机运行。如果平均风速处于8～ 20m/s，则直接从大发电机并网。发电机的并网过程， 是通过三相主电路上的三组晶闸管完成的。当发电机过 渡到稳定的发电状态后，与晶闸管电路平行的旁路接触 器合上，机组完成并网过程，进入稳定运行状态。为了 避免产生火花，旁路接触器的开与关，都是在晶闸管关 断前进行的。
海面如镜 鱼鳞状涟漪，没有浪花。 鱼鳞状涟漪，没有浪花。 小波．波长尚短， 小波．波长尚短，但波形显著 较大的小波； 较大的小波；波峰开始破碎， 小浪，波长变长；自浪成群出现。 小浪，波长变长；自浪成群出现。 中浪，具有较显著的长波形状； 中浪，具有较显著的长波形状；
10.810.8-13.8 大浪开始形成；波峰带着白色浪花 大浪开始形成；
第八章 风力观测
第一节
风
1.1
概述
海面是风力的最大策源地。由于没有任何阻挡，海风可 以浩浩荡荡，长驱万里。风力很早就被人类所利用。早 在3000多年前，我国就出现了帆船。不过，今天人类利 用风能的主要方向还是发电。尽管目前风力发电仅占世 界发电量的1％，但风能蕴藏量却相当于世界电能消耗 量的5倍。 我国沿海和岛屿风能资源非常丰富，大部分海岸属于风 能丰富区和较丰富区，少数地区为风能可利用区，没有 风能贫乏区。舟山群岛以南至台湾海峡，风能资源最为 丰富，其次是山东半岛沿海地区。我国从20世纪80年代
第一节
风
1.2
台风
根据规定，一个热带气旋在其整个生命过程中无论加强 或减弱，始终保持名字不变。这些名字大都出自提供国 和地区家喻户晓的传奇故事等。中国提供的名字是： “龙王”、“玉兔”、“风神”、“杜鹃”、“海马”、 “悟空”、“海燕”、“海神”、“电母”和“海棠”。 台风在危害人类的同时，也在保护人类。台风给人 类送来了淡水资源，大大缓解了全球水荒。一次直径不 算太大的台风，登陆时可带来30亿吨降水。另外，台风 还使世界各地冷热保持相对均衡。赤道地区气候炎热， 若不是台风驱散这些热量，热带会更热，寒带会更冷， 温带也会从地球上消失。一句话，台风太大太多不行， 没有也不行。
第一节
风
1.2
台风
台风是热带气旋的一种，而热带气旋是指热带地区形成 的一种低压。它不断旋转，并伴随着大风和强降雨天气。 热带气旋按其中心附近风力大小划分为4种类型：中心 风力在7级和7级以下的称热带低压，8到9级称热带风暴， 10到11级称强热带风暴，12级和12级以上称台风。这4 种类型热带气旋在发展过程中往往会相互转化。 根据台风委员会1998年12月1日至7日在菲律宾马尼拉举 行的第31届会议的决议，从2000年1月1日起，采用具有 亚洲风格的名字对西北大西洋和南海生成的热带气旋进 行命名，旨在帮助人们对热带气旋提高警觉，增强警报 效果。同时，保留原有热带气旋编号。该方法将用于台 风委员会成员向国际社会发布的公报中。也供各成员用 当地语言发布热带气旋警报时使用。
第二节 风力观测
2.6
风 名称 级 7 8 9 风速m/s 风速m/s
目测风力表
海面征状 波高m 波高m 4.04.0-5.5
13.9疾风 13.9-17.1 17.2大风 17.2-20.7 20.8烈风 20.8-24.4
大浪， 大浪，碎浪的白色浪花被吹成条纹状
较长的中长浪，波峰开始破碎成浪花， 5.5较长的中长浪，波峰开始破碎成浪花， 5.5-7.5 狂浪；白浪花条纹，飞沫影响能见度。 7.0狂浪；白浪花条纹，飞沫影响能见度。 7.010.0
钢架结构
图8-5
楼顶安装结构
风杆设计与安装
风速风向传感器安装结构设计的要求 ¨ 风速风向传感器安装结构的设计与安装应充分考虑 其强度和安装的环境、条件。 ¨ 台风多发地区的风杆结构应能承受45m/s风速以上的 风力。 风杆必须设计避雷装置 由于908专项能源调查周期短，应在实用的基础上 考虑节省经费。设计应采用图8-2所示的多线拉杆方式， 底座采用可与杆座桩拆卸方式，这种方式便于安装和迁 移。
FDC系列风力发电机
风轮为直叶片，立轴型式， 具有噪声低，振动小，无需 对风装置，维护方便等特点， 适合风向变化较大的地区使 用；叶片采用高强度增强型 玻璃钢材料制造，内部填充 硬质泡沫，具有重量轻，惯 性小。 低风发电性能好，在4M/S 以下风速即可发电；当风速 大于25M/S时，风力发电机 自动关车。