风资源的基本理论

合集下载

风力发电基础理论

风力发电基础理论
A S1v1 Sv S2v2
B D
风力机从自然风中所能索取的能量是有限的,其功率损失部 分可以解释为留在尾流中的旋转动。 能量的转换将导致功率的下降,它随所采用的风力机和发电 机的型式而异,因此,风力机的实际风能利用系数
• 2.叶尖速比λ • 为了表示风轮在不同风速中的状态,用叶片的叶尖圆 周速度与风速之比来衡量,称为叶尖速比λ。 • (2-14)
• 液压系统的压力控制和温度控制 ;
• 变速与变桨距调节:跟踪最佳运行曲线,最大捕获风 能; • 有功功率和无功功率的解藕控制:提高输出电能品质。 • 故障检测与复位:人工手动复位和自动复位; • 偏航与解缆:当风向改变时执行自动偏航;人工偏航 包括:顶部机舱手动偏航;塔底操作面板手动偏航; 远程偏航。当电缆缠绕时执行解缆操作。 • 脱网:当机组运行自身和外部条件不满足时,机组执 行脱网程序。
式中 ——大气压力,; ——相对湿度; ——绝对温度T时饱和水蒸气的压 力
3
273 p 0.378 ps 1.2931 T 101325
式中 ——大气压力,; ——相对湿度; ——绝对温度T时饱和水蒸气的压力
• 四、风力机的特性系数 • • 1.风能利用系数CP • 风力机从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利 用率系数CP表示,由式 (2-11)知 P • (2-13) CP 1 v 3 S
电气图 • 功率回路:
双馈电机+多级增速箱的变速风电机组的特点
• 双馈电机定子直接与电网相连,转子侧通过功率 变换器(一般为双PWM交直交型变换器)连接到电 网。该功率变换器的容量仅为电机容量的1/3,并 且能量可以双向流动,这是这种机型的优点。 • 该种机型是利用发电机转子励磁频率、定子输出 频率和转子机械频率的关系,通过改变转子的励 磁频率而使机组完成变速恒频运行,进而实现最 大风能捕获。 • 对电网而言,该系统利用矢量控制实现了输出的 有功和无功的解偶控制,可以为电网输出无功, 保证了输出电能质量。

风资源基础知识

风资源基础知识

1.平均风速
风速:单位时间内空气在水平方向上移动的距离。 风速随时间和空间的变化是随机的。
平均风速 V 1 t2 V (t)dt
t 2 t1 t1
2.风廓线—平均风速随高度变化
➢对数律分布:
V (Z ) ln( Z / Z0 ) V (Zr ) ln( Zr / Z0 )
V(Z) Z高度处风速 Z 距地面高度 Zr 参考高度 Zo 地表面粗糙长度
一般在离地面300~500m高度, 风速才趋于常数。
同样的风轮直径,α越小,上下 风速差越小,对机组载荷越有利。
3.年平均风速分布—长期风速变化
年平均风速 Va:ve 以年为单位的平均值,多年测 量取均值。
年平均风速分布:一年内不同风速累积小时数。 ➢ 威布尔分布: PW (V ) 1 exp[(V / C)k ]
1 2
m
( )(
j 1
3 j
)t
j
— DW—E 风能密度, (W •;h)/m2 m——风速区间数目;
——空气密度, ;kg/m3
—v— j3 第j记录的风速(m/s)值的立方; —t—j 某扇区或全方位第j个风速区间的风速 发生时间,h。
4.风功率密度等级表
2.风廓线—平均风速随高度变化
➢指数律分布:
IEC 61400:
V (Z ) ( Z ) V (Zr ) Zr V(Z) Z高度处风速 Z 距地面高度 Zr 参考高度 α 风切变指数
2.风廓线—平均风速随高度变化
我国建筑结构载荷规范中将地貌分 为A、B、C、D四类: A类:近海平面、海岸、沙漠α =0.12 B类:田野、乡村、丘陵、大城 市郊区 α=0.16 C类:有密集建筑群的城市市区 α=0.20 D类:密集建筑群且建筑物较高 的城市市区 α=0.30

风力发电基础理论

风力发电基础理论


建筑物或山体之间的狭窄通道可能会形成狭管 气流顺山坡下降,形成山风。 风。一般情况下,四周开阔的山丘或山脊上的风速较 效应,迎风面气流受到挤压,在通道中风速加速, 大。 形成狭管风。
国电新疆艾比湖流域开发有限公司
风能的描述----风速
风速:
风 资风速的类型: 国际上,大多数国家采用的风速数据主要是 1)平均风速。相应于有限时间段内的平均值,通常指2min 10min平均数据。 源或10min的平均值,通常用 V表示。 2)瞬时风速。相应于无限小时段内的风速。
我们知道,地面对风具有摩擦力,导致风速随 离地面高度变化而发生显著变化。 一般用粗糙度来衡量地面对风的摩擦力大小。 一般来讲,地表粗糙度越大,对风的减速效果 粗糙度,即粗糙长度。 越明显。例如,森林和城市对风的影响很大,草地
国电新疆艾比湖流域开发有限公司
风能的描述----风切变指数
风速随高度变化可以用幂指数公式来描述:
3)最大风速。在给定的时间段或某个期间里面,平均风速 中的最大值。 4)极大风速。在给定的时间段内,瞬时风速的最大值。
指风的移动速度,即在单位时间内空气在水平方向移动的 距离。用V表示,单位为m/s
国电新疆艾比湖流域开发有限公司
风能的描述--风向
风向:
风 风速的表示方法: 1)度数表示法。这是最直接的风向表示法,用0到360度数 资 表示风的来向,比较通俗简单,但不够直观。 2)方位表示法。把0到360度的风向离散化,把不同风向值 源 划分到相应的扇区,这种表示方法比较直观。
1、数据收集。收集气象站数据、风场测风数 据及地形图数据等。 2、数据分析。对气象站多年数据进行整理; 对测风数据进行订正、校验,分析其是否具有代 表性。
国电新疆艾比湖流域开发有限公司

风资源评估知识

风资源评估知识

风资源评估知识目录一、基础概念 (2)1.1 风能及其重要性 (2)1.2 风力发电的历史与发展 (3)二、风资源评估原理 (4)2.1 风速与风功率密度 (5)2.2 风力资源评估方法 (6)三、风资源评估参数 (8)3.1 风速参数 (9)3.2 风切变系数 (10)3.3 湍流强度 (11)3.4 风向频率 (12)四、风资源评估流程 (13)4.1 评估前准备 (14)4.2 数据收集与处理 (15)4.3 风力资源评估 (16)4.4 结果分析与优化 (18)五、风资源评估应用 (19)5.1 风电场选址与布局 (20)5.2 风力发电机组选型与布置 (21)5.3 风电场运行维护与管理 (22)六、风资源评估软件与工具 (23)6.1 常用风资源评估软件介绍 (25)6.2 软件功能与操作指南 (26)七、风资源评估发展趋势与挑战 (27)7.1 技术创新与发展趋势 (28)7.2 存在的挑战与应对策略 (30)一、基础概念风能:风能是自然界中的风能资源,可以通过风力发电设备转换为电能。

风能的丰富程度取决于地理位置、气候条件等因素。

风资源评估:风资源评估是对特定地区风能资源的评估和预测,以确定该地区的风能潜力,为风力发电项目的开发、设计和运行提供重要依据。

风速与风向:风速是指空气运动的速度,单位是米秒或公里小时。

风向是指风吹来的方向,通常用度数或方位名称表示。

这两个参数是评估风资源的基础。

风功率密度:风功率密度是指单位面积上的风功率,表示一个地区风能的丰富程度。

它是评估风资源质量的重要指标之一。

风能资源分布:风能资源的分布受到地理位置、地形、气候等因素的影响,不同地区的风能资源差异较大。

了解风能资源的分布有助于选择合适的风力发电项目地点。

风资源评估方法:风资源评估通常包括现场测量、气象数据收集、模型模拟等方法。

现场测量是通过风力测量设备收集实际风速。

1.1 风能及其重要性风能是一种清洁、可再生的自然资源,具有巨大的开发潜力。

风能资源(讲义)yzb

风能资源(讲义)yzb

1、风的形成 1.1 地球上的风风——空气的流动现象。

气象学中指空气相对于地面的水平运动。

风是一个矢量,用风向和风速表示。

风向——指风的来向。

我国风向观测用十六个方位表示,实际测风报告中还常用0-360°范围内的数字表示风向。

风速——单位时间内空气移动的距离。

气象上对风速还作以下定义:(1)平均风速,相应于有限时段,通常指二分钟或十分钟的平均情况。

(2)瞬时风速,相应于无限小的时段。

(3)最大风速,指在给定的时间段或某个期间里面,平均风速中的最大值。

(4)极大风速,指在给定的时间段内,瞬时风速的最大值。

风速的法定单位和几种常用单位的换算。

1.1.1 地转风定义:自由大气中,气块作水平匀速直线运动时的风。

此时,水平气压梯度力与水平地转偏向力(科里奥利力)平衡下,空气所产生的水平运动。

在等高面上,地转风可写成:k P fV h g ⨯∇-=ρ1式中V g 为地转风,ρ是该高度空气的密度,P 是该高度的气压场分布,▽h P 即水平气压梯度,f 是科里奥科参数,f=2wsin Φ,其中W 与地球自转角速度,Φ为地理纬度,K 是垂直方向的单位向量。

地转风的方向与等压线平行,在北半球背风而立,高压在右,低压在左,南半球则相反。

地转风的大小与气压梯度成正比,但与空气密度和科里奥利参数成反比。

地转风关系揭示了风场与气压场之间最简单也是最基本的关系,在自由大气中实际风与地转风十分接近,因此在实际应用上都常把地转风作为实际风的近似。

1.1.2 梯度风定义:在无摩擦力时,在弯曲等压线型式下,水平气压梯度力、水平科里奥利力、离心力三者平衡时,空气的水平运动所形成的风。

风向与等压线相切,在北半球,人背风而立,低压在左,高压在右。

南半球相反。

即在北半球,由低气压系统形成的气旋性风总是反时针方向旋转的,由高压系统形成的反气旋风总是顺时针方向旋转的。

理论上说,梯度风应更接近于实际风,但在作实际计算时由于惯性离心力很小很难计算,因此往往误差很大,有时还不如地转风近似好,一般只在讨论热带气旋等系统时应用。

风的基本理论

风的基本理论

第一章风能及风能资源一.风的成因风是环绕地球大气层中的空气流动.流动的空气所具有的能量,也就是风所具有的动能,就称为风能.从广义太阳能的观点看,风能是由太阳能转化而来的.来自太阳能的辐射能不断地传送到地球表面周围,因受太阳照射而受热的情况不同,地球表面各处产生了温差,因而产生气压差,由此形成了空气的流动.因此,可以说是太阳把能量以热能的形式传到地球而后又转换成风能的.二风的分类大气环流――地球表面的大气环流是由于太阳辐射及地球自转而引起的.在赤道上,太阳垂直照射,地面受热很强:而在地球两极地区,太阳是倾斜照射的,地面受热则较弱,热空气较冷空气轻,就造成在赤道附近热空气向空间上升,并通过大气层上部流向两极;两极地区的冷空气则流向赤道.由于地球本身自西向东旋转的结果,这种大气环流在北半球产生了东北风,在南半球则产生了东南风,分别称为东北信风和东南信风.海陆风――沿海地球陆地同海上所形成的风向交替的海风与陆风,它们是由于昼夜之间温度变化而造成的.在白日,陆地上接受的太阳辐射热量较海水要强,因而陆地上的空气受热向上流动,而海洋面上的空气较冷,较冷的空气则自海洋流向沿岸陆地,这样就形成了海风;在夜间,陆地上的空气比海洋上的空气冷却要快,这样就造成海洋上的空气上升,而陆地上较冷的空气沿地面流向海洋,形成了陆风.山谷风――山岳地区在一昼夜间风向交替的山风(或称山岳风)与谷风(或称平原风).谷风的产生是由于日间太阳照射使山坡上的空气温度升高,热空气上升,而地势地处的冷空气则自山谷向上流动,这就形成了谷风;到了夜晚,空气中的热量向高空散发,高空中的空气密度增大,空气则沿山坡向下流动,这就形成了山风.第二章风的描述如上所述,风是由于空气的流动而形成的,因此可被看做是向量,包括空气流动的速度及流动的方向两个要素,也即是风速和风向.对于人类来说,风是最熟悉的自然现象之一,风速与风向在不同的时间(每日每月每年)都有一定的周期性变化.为了估算某一地域的风能资源,必须测量出每日、每月、每年的风速及风向数据,了解其变化的情况。

风力地理知识点总结

风力地理知识点总结

风力地理知识点总结一、风力资源分布风力资源的分布受到地理环境的影响。

通常来说,风能资源主要分布在高纬度地区、临海地区以及一些特定地形的地区。

在地理环境方面,风能资源与大气环流、地形地貌、植被分布以及临海地区等有密切的关系。

举个例子,高纬度地区由于地球自转造成的科里奥利力会产生强大的风能资源。

另外,由于临海地区太阳辐射的影响,也会产生较强的风能资源。

二、风场地形风场地形是指风能资源分布区域的地形地貌。

地形地貌是指地球表面地形的形态及地貌特点。

诸如平原、丘陵、高原、山地等不同的地形地貌都会对风场的建设产生影响。

风力资源和地形地貌有一定的相关性,不同地形地貌区域的风能资源也不同。

因此,对于风力资源的开发和利用,要对地形地貌有深入的了解。

三、风场气候条件气候条件是影响风能资源的另一个重要因素。

通常来说,气候条件与地理位置有关,热带地区与极地地区的气候差别很大。

气候条件与风能资源的关系主要表现在风速、湿度、温度和气压等方面。

这些气候条件的不同,将会直接影响到风能资源的利用。

四、风力发电布局风场的建设布局是指在风能资源分布区域内根据地形地貌、气候条件等因素确定具体的建设位置。

风场的布局是一个综合性的问题,需要同时考虑到风速、地形、土壤、植被、环境保护、电网输送等多个因素。

风场的建设布局将直接影响到风能资源的开发利用效率和经济效益。

五、风力资源的开发利用风能资源的开发利用主要是指将风能转化为电能的过程,这一过程包括风机的选址、布局和设计,风机组的制造和安装,风电场的运行和管理等环节。

近年来,风力资源的开发利用已经取得了长足的进步,风能发电已经成为世界范围内的一种重要的清洁能源形式。

六、风电技术发展风电技术发展是风能资源开发利用的基础和关键。

风电技术发展主要包括风机技术、风场建设工程技术、风电设备制造技术、风能发电系统技术等各个环节。

一方面,风电技术的发展将直接影响到风能资源的利用效率和经济效益;另一方面,风电技术的发展也将推动清洁能源产业的发展和进步。

风与风资源基础知识

风与风资源基础知识

风与风资源基础知识授课:***编订:孙伟修改:***金风大学运维学院2016年1月29日课程目录一、风二、风能资源地球上任何地方都在吸收太阳的热量,但是由于地面每个部位受热的不均匀性,空气的冷暖程度就不一样,于是暖空气膨胀变轻后上升;冷空气冷却变重后下降,这样冷暖空气便产生流动,形成了风。

而且由于地球自转、公转的力量及地形之不同也更加强风力和风向之变化多端。

•风是一个矢量,既有大小又有方向。

•描述风况的两个参数:风向、风速。

地球表面风的形成和风向风的形成赤道与南北纬30度之间的大气环流系统北纬30度至60度之间的大气环流系统北纬60度至北极之间的大气环流系统全球大气环流示意地球在自转,使空气水平运动发生偏向的力,称为地转偏向力,这种力使北半球气流向右偏转,南半球向右偏转,所以地球大气运动除受气压梯度力外,还要受地转偏向力的影响。

大气真实运动是这两力综合影响的结果。

风的形成•山谷风谷风:由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡山风:夜间由平原或山坡吹向谷地风的形成•海陆风海风:在沿海地区,白天由于陆地与海洋的温度差而形成海风吹向陆地陆风:晚上陆风吹向海上风的形成•峡谷(峡管)风峡谷效应使风速增大,不论是高大的山脉或是中小尺度的山脉只要存在峡谷或缢口河谷都有峡管效应,因为在谷地中流场压缩,其风速将比两侧加强,即产生峡管效应。

当气流通过山地时,由于受到地形阻碍的影响,流场发生变化。

在山的迎风面下部由于气流受阻,风速减弱,且有上升气流。

在山的顶部和两侧,因为气流线密集,风速加强。

风的形成•地形加速(爬坡)风在气象上,风常指空气的水平运动,并用风向、风速(或风力)来表示。

风向指风的來向,一般用16个方位(国际通用)或360度來表示。

以360度表示时,由北起按顺时针方向量度。

风速(或风力)指的是单位时间內空气的移动距离,常以米/秒、公里/小时、海里/小时來表示。

风速和风向风力等级表注:本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值风的特性•风的日变化地面上是夜间风弱,白天风强;高空中却是夜里风强,白天风弱。

风力发电原理之2风及风力资源

风力发电原理之2风及风力资源

1. 风能最佳区 8%
• (2)内蒙古、甘肃北部
风能密度也在200w左右。≥3m/s风速的时间 每年有6000h以上;≥6m/s风速的时间每年为 2200-2500h。 地形较平坦,所以风能密度的范围较大,这是 利用风能的—个有利条件。风速的季节分配是东 部北边和西部春季最大,夏季次之;东部南边则 春季最大,冬季次之。 (3)黑龙江南部、吉林东部 风能密度在200w以上。≥3m/s风速的时间每 年有5000-6600h:≥6m/s风速的时间每年有 2000h左右。该地区春季风能最大,秋季次之。
• 1.风能最佳区 8%
(1)东南沿海、山东半岛、辽东半岛以及海上岛屿 这一地区面海,海面上风速比陆地大,有效风 能密度在200w以上。 ≥3m/s风速的时间,全年合6000-8000h, ≥6m/s风速的时间,有3500h以上。 这一带的风能最佳区在离海岸20km范围内。 季节分配:东南沿海、台湾及南海诸岛秋季风能 最大,冬季次之;山东、辽东半岛则是春季风能 最大,冬季次之
式:
E 1 3 W V S 2
• ρ值的大小随气压、气温和湿度等大气条件的变化而变化。
一般情况下,计算风能或风能密度是采用标准大气压下的 空气密度。由于不同地区海拔高度不同,其气温、气压不 同,因而空气密度也不同。在海拔高度500m以下,即常 温标准大气压力下, ρ可取1.225kg/m3,若海拔超过 500m,必须考虑空气密度的变化。
• •
• 世界各国根据各自的风能资源情况和风力机的运

行经验.制定了不同的有效风速范围及不同的风 力机切人风速、额定风速和切断风速。中国有效 风能密度所对应的风速范围是3-25m/s。 有效风能密度如图4-4所示,实际可利用的风能 与图4-4中阴影部分的面积呈比例,其计算方法 与平均风能密度的计算方法相同。

风与风资源基础知识

风与风资源基础知识

一 、风
风速随高度的变化
大气层的构成:
风随高度的变化:
h n Vw (h) Vwi ( ) hi
Vw(h)—— 距地面高度为h处的风速,m/s Vwi —— 高度为hi处的风速,m/s n —— 经验指数,取决于大气稳定度和地面粗糙度,其值约为1/2~1/8。
一 、风
一 、风
地面粗糙度
地面情况 光滑地面、海洋 低草 城市平地、高草或岩石表 面 高的农作物、篱笆 树木多、建筑物少 城市有高层建筑
二、风能资源 风向的频率
将一段时间内风向观测的次数按方位分类统计,然后以每一方位的 观测次数,除以该段时间内观测的总次数,再乘以100即得到各种风向 的风向频率。 福建省东山站(1955~1980年)历年平均风向频率 风向
平均风 向频率
N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
2
S
11
SSW
26
SW
22
湍流强度
V-10分钟平均风速

V
IT

V
σ-10分钟平均风的标准偏差
湍流强度增大会减小风力发电机组的风能利用率,同时增加风机的磨损。IT 值在0.10或以下表示湍流相对较小,中等程度湍流的IT值为0.10~0.25,更高的IT 值表明湍流过大。
二、风能资源
不同强度的湍流风况
二、风能资源 地形对风资源的影响
一 、风 风的形成
•地形加速(爬坡)风 当气流通过山地 时,由于受到地形阻 碍的影响,流场发生 变化。在山的迎风面 下部由于气流受阻, 风速减弱,且有上升 气流。在山的顶部和 两侧,因为气流线密 集,风速加强。
一 、风 风速和风向

3_风力发电技术课本知识点总结

3_风力发电技术课本知识点总结

第一章风及风能资源一、风的形成及影响因素1.风的产生:是由地球外表大气层由于太阳的辐射而引起的空气流动,大气压差是风产生的根本原因2.特性:周期性、多样性、复杂性3.风的分类:季风、山谷风、海陆风、台风、龙卷风二、风的测量1.风的测量包括风向和风速两种2.风向测量:风向测量是指测量风的来向风向测量装置:1)风向标:是测量风向最通用的装置,有单翼型、双翼型、流线型2)风向杆(安装方位指向正南)、风速仪(可测风向和风速,一般安装在离地面10米的高度)3.风向表示法:风向一般用16个方位表示,静风记为C。

4.风能密度:单位截面积的风所含的能量称为风能密度,常以W/m2表示。

三、风资源分布1.我国风资分布可划分为:风能丰富区、风能较丰富区、风能可利用区、风能贫乏区1)风能丰富区:有效风能密度>200W/m2。

2)风能较丰富区:有效风能密度为150~200W/m2,3~20m/s风速出现的全年累计时间为4000~5000h。

3)风能可利用区:有效风能密度在50~150W/m2之间,3~20m/s风速出现时数约在2000~4000h之间。

4)风能贫乏区:该区风能密度低于50W/m2,全年时间低于2000h第二章风力机的理论基础一、贝兹理论二、翼型的几何参数三、风车理论四、叶素理论气动效率五、葛劳渥漩涡理论六、葛劳渥轴线推力和扭矩计算有限长的叶片,叶片的下游存在尾迹涡,主要有两个漩涡区:一个在轮毂附近,一个在叶尖。

漩涡诱导速度可看成以下三个漩涡系叠加的合速:①中心涡,集中在转轴上②每个叶片的边界涡③每个叶片尖部形成的螺旋涡七、风力机的相似特性相似准则:所谓模型与风力机实物相似是指风轮与空气的能量传递过程以及空气在风轮内向流动过程相似,或者说它们在任一对应点的同名物理量之比保持常数。

流过风力机的气流属于不可压缩流体,理论上应满足几何相似、运动相似和雷诺数相等。

对风力机而言,后一个条件实际做不到,故一般仅以前两个条件作为模型和风力机实物的相似准则,并计及雷诺数。

第一章 风能资源概述

第一章   风能资源概述

0.95~0.85 0.9~0.8
山背风坡
峡谷口或山口
1.10~1.20
1.30~1.40
• 地理位置 海面上的风比海岸大,沿海的风比内 陆大得多。 • 障碍物 风流经障碍物后,将产生不规则的涡 流,使风速降低。但随着远离物体,这 种涡流逐渐消失。当距离大于10倍物体 高度时,涡流可完全消失。 启示:在障碍物附近设置风力机或多排 设置风力机时的位置。
三、风能与风能密度
• 风能——风的动能。 • 计算一年中风能的大小,要考虑风速的 分布情况,而不能简单使用年平均风速。 • 年有效风能——起动风速到切出风速之 间的风能。 • 有效风能密度——年有效风能除以年有 效风速的持续时间。源自§1.1 风资源描述的基本理论
一、风向频率 • 任意点处的风向时刻都在改变,但在一定时间 内多次测量,可以得到每一种风向出现的频率。 • 风向频率的计算方法 ——选择观测的时间段,如月、季、年; ——记录每个风向出现的次数ni,及总观测次 数n; ——某风向的风向频率= ni/n ×100
二、风速频率
对于风力机的安置处,有两个重要的描述风 资源的参数:年平均风速和风速频率。 • 在计算风率时,通常把风速的间隔定为1m/s; • 风速在某一时间段平均,如10分钟; • 按风速的大小,落到哪个区间,哪个区间的累 加值加1。 • 把个区间出现的次数除以总次数即得风速频率。
风频(%)
12 11 10 9 8 7 6
1、风速的周期性变化
• 风速的日变化:一天之中,风速的大小是不同 的: ——地面(或海拔较低处)一般是白天风速高, 夜间风速较低。 ——高空(或海拔较高处)则相反,夜间风强, 白天风弱。 其逆转的临界高度约为100~150m。 • 风速的季节变化:一年之中,风的速度也有变 化。在我国,大部分地区风的季节性变化规律 是:春季最强,冬季次之,夏季最弱。

风资源基础知识介绍

风资源基础知识介绍
22
中国地形图
23
三、山脉走向
我国内地地形十分复杂,不同尺度地形对不同尺度的气候有显 著影响,东西走向的山脉往往是气候的分界线。例如: 新疆中部的天山山脉是南疆和北疆分界线,也是中温带和暖温带的 分界线;
阴山山脉是畜牧地区和农业的分界线;
秦岭山脉是南北气候的分界线,即暖温带和亚热带气候的分界线;
17
五、夏季风
夏季(6-8月)东亚地面气压分布形势与冬季完全相反,中高 纬度的蒙古高压向北消退,而印度洋高压继续发展控制了亚洲大陆, 为全年最盛行的季风;太平洋副热带高压向北扩展向大陆西伸,东 亚大陆夏季天气变化基本受这两个气流强弱和相互作用的制约。 随着太平洋副热带高压的西伸北跳,此高压西部为东南气流和 西南气流带来了丰富的降雨,但由于高低压之间的压差小,风速也 不大,因此夏季是全国风速最小的季节。 夏季大陆为热低压,海上为高压,高低压之间的等压线在我国 基本呈南北分布,所以夏季盛行偏南风。
18
六、秋季风
秋季(9-10月)是夏季到冬季的过渡季节,这时印度洋
高压和太平洋高压开始明显衰退,而中高纬度的蒙古高压又开
始活跃起来,由于冬季风来得迅速,且稳定维持,不像春季、 夏季风那样呈来回进退形式。此时,我国东南沿海已逐渐受到 蒙古高压边缘影响,华南沿海由夏季的东南风转为东北风,三 北地区已确立冬季风形式,各地多为稳定的偏北风,风速开始
盛夏7月,大陆为热低气压所盘踞,气流从太平洋和南印度 洋高压越赤道而来。前者风向一般为东南风,故称为东南(夏) 季风,属于副热带季风性质,主要影响我国东部大陆,后者风向 一般偏南或西南,称印度季风。印度季风主要影响我国西南地区, 但盛夏副高北移控制长江中下游地区以后,华南沿海也受到印度 季风控制和影响。

风资源的分析

风资源的分析

2.00
0.00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 平均温度 -2.00
-4.00
-6.00小时风能及风能源自度• 风能就是空气流动的动能。
W
1 2
v A
3
风能玫瑰图
N 35% NNW NNE 30% NW 25% 20% 15% ENE 10% 5% W 0% E NE
V N 0 .1 0 .824 V 0 .86
N
3 2
N
3 2
气象风力等级表
级 别 0 小于0.3 1 2 3 4 0.3-0.6 1.6-3.4 3.4-5.5 5.5-8.0 烟能表示风向,但风标不能转动 人的脸部感到有风,树叶微响,风标能转动 树叶和细树枝摇动不息,旌旗展开 沙尘风扬,纸片飘起,小树枝摇动 出现鱼鳞似的微波,但不构成浪 小波浪清晰,出现浪花,但并 不翻滚 小波浪增大,浪花开始翻滚, 水泡透明象玻璃,并且到 处出现白浪 小波浪增长,白浪增多 0.1 0.2 0.6 1 风速 [m/s] 静烟直上 陆地 海上 浪高 [m]
风速日变化
风速(m/s) 14.00 12.00
10.00
8.00 50米高度 10米高度 6.00
4.00
2.00
0.00 1:00 3:00 5:00 7:00 9:00 11:00 13:00 小时 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00
温度日变化
摄氏(℃) 6.00 4.00
32.7以上
14
风的要素
• 风向:风吹来 的方向。 • 一般用16个方 位表示,静风 用C表示。

风力资源

风力资源

·风力资源由来风力资源(wind energy resources),指大气沿地球表面流动而产生的动能资源,主要供人类利用。

由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同,因而引起各地气压的差异,在水平方向高压空气向低压地区流动,即形成风。

据估算,全世界的风能总量约1300亿千瓦,中国的风能总量约16亿千瓦。

风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数,受地形的影响较大,世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带,如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家,中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源也很丰富,这些地区适于发展风力发电和风力提水。

人类利用风能的历史可以追溯到公元前,我国是世界上最早利用风能的国家之一。

公元前数世纪我国人民就利用风力提水、灌溉、磨面和利用风帆推动船舶前进。

东汉刘熙在《释书》一书中曾写“帆泛也,随风张幔曰帆”,表明中国1800年前已开始利用风帆驾船。

可是数千年来,风能技术发展缓慢,没有引起人们足够的重视。

但自从1973年世界石油发生危机,在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下,风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。

风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力,特别是随着人们环保意识的增强,可再生资源的利用日益引起人们的关注,现在人们感兴趣的是如何利用风来发电,充分开发利用风力资源。

特别是在建设风电场的前期,要对风资源进行分析,对风速、风向、风速标准偏差、气温、大气压等进行数据采集,然后对所采集的数据进行系统地评估、分析,确定是否具有较好的可供开发的风能资源,从而更好的利用风力资源。

·中国风力资源的分布、特征及分类我国面积广大,地形条件复杂,风能资源状况及分布特点随地形、地理位置不同而有所不同。

风能资源丰富的地区主要分布在东南沿海及附近岛屿以及北部地区,另外,内陆也有个别风能丰富点,且海上风能资源也非常丰富。

中国风力资源分布状况图根据中国风力资源分布状况图,我国风能资源丰富的地区主要分布在以下地区:(1)北部(东北、华北、西北)地区风能丰富带北部(东北、华北、西北)地区风能丰富带包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省/自治区近200km 宽的地带。

风资源

风资源

第三章风力资源3.1 风能从那里来?所有的可再生能源(除了潮汐能和地热能),甚至是化石燃料能源都来自太阳。

地球每小时所接受到的太阳辐射能高达174,423,000,000,000KWh,换句话说,地球接受的太阳辐射能量为1.74*1017W。

在这些能量当中,大约1%~2%辐射能转化为风能。

这大约是植物将太阳辐射能转化为生物质能的50~100倍。

地球赤道附近接受的阳光辐射比其它纬度地区多,如下图所示,从美国NASA的海洋表面红外卫星图上看,红色、橙色和黄色区域多分布在低纬度地区,这些地区的空气遇热后上升高度(大约10000m高空),然后分别向南北方向扩散。

如果地球停止自转,这些空气将分别到达南极和北极,然后遇冷沉降,重新返回赤道附近,形成大气环流。

3.2 科里奥利(Coriolis)力由于地球的自转,从地面固定位置上看,在北半球的空气运动会向右偏转,在南半球的空气运动会向左偏转,这种由于地球自转形成的偏转力被成为科里奥利力(名称源自法国数学家Gustave Gaspard Coriolis,1792~1843年)。

科里奥利力是一种常见的物理现象,例如,火车铁轨总是一侧铁轨的磨损比另一侧快一些;河流的河床两侧深度不一致,一侧总比另一侧深一些。

在北半球,气流从高压区流向低气压区时,风倾向于逆时针旋转,而在南半球,则顺时针旋转。

3.3 大气环流地球赤道地区的气流受热上升,在大气层的上层分别向南北两个方向流动。

大约在南北纬30度附近,科里奥利力阻止空气进一步向前流动,空气开始下沉,在这个纬度上,形成一个高压区。

在赤道附近,由于气流的受热上升,近地面区域形成低压区,促使近地面形成向赤道流动的气流。

在地球南北两极附近,由于空气受冷下沉形成高压区,使空气分别向北南流动,如下图所示。

实际上,对风的分布起主要作用的大气层的厚度只有10000m,也就是地球直径的1/1200,它是大气层的最底层,叫做对流层。

主要的天气现象,如云、雨、雪、雹等都发生在这一层里。

风能

风能
41
3. 风力发电
三、存在问题
2)风机对环境的影响
风能是一种最清洁的对大气污染少的可再生能源, 但风机存在着噪声、对鸟类易造成伤害,也会对无线 电通讯和电视产生干扰。
42
43
2)风力发电不消耗资源、不污染环境,具有广阔的 发展前景; 3)建设周期短。一台风机的运输安装时间不超过三 个月,万千瓦级风电场建设期不到一年,而且安装一 台可投产一台; 4)装机规模灵活。可根据资金多少来确定,为筹集 资金带来便利;
23
2. 风能
三、风力发电的特点及优势
5)运行简单。可完全做到无人值守;
15
2. 风能
一、利用历史和现状
4)我国风能利用现状
到2003年我国有40多个风电场,装机容量约为76.4 万千瓦,风电装机容量仅占全国装机容量的0.17%。 2004年全国在建项目的装机容量约150万千瓦,其 中正在施工的约42万千瓦,可研批复的68万千瓦,项 目建议书批复的45万千瓦,包括五个10万千瓦特许权 项目。如果这些项目抓紧实施,2005年底累计装机可 超过100万千瓦。
11
2. 风能
一、利用历史和现状
1)风能的利用简史
目前风力发电之最是: 美国CE公司的“超级风力机”,单机功率 7.3MW 风车直径112m;
12
2. 风能
一、利用历史和现状
2)世界风能利用现状
世界风电总装机容量1994年底为350万kW,1995 年底为490万kW,1996年底为607万kW,1997年为 764万kW,1998年达1015万kW,1999年达1393万kW, 2001年达1845万kW,2001年达2493万kW.2002年达 到了112.7kW,平均年增长率在30%以上。

风资源基础知识

风资源基础知识
大气运动尺度 大尺度——风能利用 中尺度——微观选址 微尺度——风载荷
1.大气环流
全球范围内空气沿一密闭轨迹的运动,是太阳辐射和 地球自转作用下造成的一种大尺度运动。
2.局地环流

季风:以半年为周期改变盛行风向的风。
夏季风:陆地温度高于海洋,陆地气压低于 海洋,风从海洋吹向陆地。 冬季风:相反。
6.风向玫瑰图
三.风能利用
1.风能的特点 2.风功率密度
3.风能密度
4.风功率密度等级表 5.中国有效风功率密度分布图
1.风能的特点
风能实质上是太阳能的转化形式。 风能是一种无污染的可在生能源,取之不 尽,用之不竭,分布广泛。 风能的利用将改变人类长期依赖化石燃料 和核燃料的局面。 科学家预计:21世纪的最主要能源将是核能、太 阳能、风能、地热能、海洋能、氢能和可燃冰。
2.局地环流

海陆风:以昼夜为周期改变盛行风向的风。
海风:在低层,白天风由海面吹向陆地,称之 海风。 陆风:在低层,夜间风由陆地吹向海面,称之 陆风。 在高层,则相反——形成海陆风环流。
2.局地环流

山谷风:以昼夜为周期改变盛行风向的风。
谷风:白天,风由山谷沿山坡向上吹。 山风:夜间,风由山顶沿山坡向下吹。
5.极端风速
极端风速:较长时间内(1年或50年) 可能出现的最大风速(3s平均值或 10min平均值)。
概率问题。 例: 设计等级为III类的机组,就是在50年 内,50年(N)一遇极端风速(3s平均 值)超出52.5m/s的概率是0.02(1/N)。
5.极端风速
参考风速:用于确定风力发电机组设计 等级的基本极端风速参数。 如:机组设计等级为III类,对应参考 风速为37.5m/s(10min平均值),亦即, 轮毂高度承受的50年一遇极端风速 (10min平均值)应小于或等于37.5m/s。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

风向
SSW SW WSW W
WNW NW NNW C
小时数(h) 866 797 921 344 188 118 215 80
频率(%) 9.89 9.10 10.51 3.93 2.15 1.35 2.45 0.91
NW WNW
N NNW 20.00%
15.00%
10.00%
5.00%
W
0.00%
w =1 2 ρv3
(2-3)
由于风速随时间的变化是随机的,通常无法用—个函数形式给出 v (t)的表达式,
因此通过式(2-3)很难求出平均风能密度。这时,我们只能用观测的离散值近似地求出
(2-3)式的值,即
∑ w' = ρ 2N
N i vi3
(2-4)
其中,N 为 T 时间内共进行的观测次数, vi 为每次的观测值,Ni 为该风速等级在 T 时间内出现的次数。
2.3.1 风向频率
风向时刻都在变化。如果对某一地点的风向进行长时间的连续测定,就可以得到 每一种风向的风向频率。所谓风向频率就是将某一段时间内(月、季、年)风向观测的 次数,按方位分类统计,然后以每一方位的观测次数,除以该段时间内观测的总次数, 再乘以 100 即得到各种风向的风向频率。表 2.3 是海力素风电场全年的各风向累积小 时数和平均风向频率,图 2.6 是其风向频率的玫瑰图(图上各方向辐射线的长度,代表 风向频率之大小)。从图上可以很清楚地看出:该风电场的主要风向在东南一西南方
3.地理位置。由于地表摩擦阻力的作用,所以海面上的风比海岸大,而沿海的 风要比内陆大得多。比如,台风登陆后 100km,其风速几乎衰减了一半,又如,在平 均风速 4~6m/s 时,海岸线外 70km 处的风速要比海岸大 60~70%[27]。
4.障碍物。风流经障碍物时,会在其后面产生不规则的涡流,致使流速降低, 这种涡流随着远离障碍物而逐渐消失。当距离大于障碍物高度 10 倍以上时,涡流可 完全消失。所以在障碍物下侧布置风力机时,应远离其高度 10 倍以上。
∫ wi =
v2 v1
1 2
ρv3
f
' (v)dv
(2-5)
式中 wi 为有效风能密度;v1 起动风速,v2 为停机风速; f ' (v) 为有效风速范围内 的条件概率分布密度函数,它与风速分布密度函数 f (v) 的关系是:
7
内蒙古工业大学硕士学位论文
f ' (v) =
f (v)
=
f (v)
f (v1 ≤ v ≤ v2 ) f (v ≤ v2 ) − f (v ≤ v1)
表 2.1 16 个方位风向符号
角度 360 90 180 270 22.5 112.5 202.5 292.5
风向 东北 东南 西南 西北 东北偏东 东南偏南 西南偏西 西北偏北
符号 NE SE SW NW ENE SSE WSW NNW
角度 45 135 225 315 67.5 157.5 247.5 337.5
WSW
SW SSW S
NNE NE ENE
E
ESE SE SSE
图 2.6 海力素风电场的测站全年风向频率玫瑰图(10m)
2.3.2 风速频率
风速频率,又称风速的重复性,它是指在一个月或一年的周期中发生相同风速的 时数,占这段时间刮风总时数的百分比。表 2.4 和图 2.7 分别是海力素风电场的风频 特性(即风频 f 与风速 v 的关系)表、图。将风速频率乘以全年小时数 8760,即得到一 年中某一风速的小时数;比如 v =4m/s 时,风速频率 f=18%,那么该风速的小时 数为:0.18×8760=1576.8h。
0.4
10
第二章 风资源的基本理论
2.2.3 影响风速的主要因素
1.垂直高度。由于风与地表面摩擦的结果,所以风速是随着垂直高度的增加而 增强,只有离地面 300m 以上的高空才不受其影响。风速在垂直高度上的变化,可按 式(2-7)求之。
2.地形地貌。风速受地形地貌的影响,比如,山口风速比平地大多少,则要视 风向与谷口轴线的夹角以及谷口前的阻挡距离而定;河谷风速的大小又与谷底的闭塞 程度有关。又如,在同一山谷或盆地中,不同位置的风速也不尽相同,此时往往是地 形与高度交措地影响着风速,有时以前者为主,有时又以后者为主,要视具体地形而 定。
观测陆地上的风向,一般采用 16 个方位 (观测海上的风向通常采用 32 个方位),即以 正北为零,顺时针每转过 22.5°为一个方位, 表 2.1 列出 16 个方位的风向符号,图 2.1 是 风向的方位图。
5
内蒙古工业大学硕士学位论文
风向 北 东 南 西
东北偏北 东南偏东 西南偏南 西北偏西
符号 N E S W NNE ESE SSW WNW
风速(m/s)
风随时间的变化,包括每日的变化和月的变化。 1.风速的日变化 通常一天之中风的强弱在某种程度上可以看作是周期性的。如地面上夜间风弱, 白天风强;高空中正相反是夜里风强,白天风弱。这个逆转的临界高度大约为 100~ 150m。图 2.2 是海力素气象站的风速日变化。
7 6 5 4 3 2 1 0
(2-6)
从公式(2-3)、(2-4)、(2-5)、(2-6)可见,计算一个地点的风能密度,需要计算该时 间区间下的空气密度和风速。
2.2 风的时空变化
从上面的分析可知风向和风速是两个描述风的重要参数。显然风向和风速这两个 参数都是在变化的。下面主要讨论与风资源评估相关的风随时间和高度的变化。
2.2.1 风随时间的变化
8
第二章 风资源的基本理论
较高,是开发风能的优良场所,所以在该地区建设风电场,将对该地区的能源需求起 到很好的补充作用。
2.2.2 风随高度的变化
从空气运动的角度,通常将不同高度的大气层分为三个区域(见图 2.4)。离地 面 2m 以内的区域称为底层;2~100m 的区域称为下部摩擦层,二者总称为地面境界 层;从 100~1000m 的区段称为上部摩擦层,以上三区域总称为摩擦层。摩擦层之上 是自由大气。
2.1.2 风向
2.1.2.1 风向的测量 风向是指风吹来的方向,如果风是从北方吹来就称为北风。风向可以由风向标给
出,从风向标相对于罗盘主方位固定臂的位置,可看出风的方向。气象上使用的风向 标要求转动灵活,且要水平安装在四周空旷的地区,并高出地面 10~12m。目前国内 使用的 EL 型电接风向风速仪,通过电缆把风向标的摆动信号接到室内记录仪上,每 间隔 2.5min,记录一次瞬时风向,这样,在室内就可以观测和记录风向。 2.1.2.2 风向的表示
风速随高度而变化的经验公式很多,通常采用指数公式,即
v
=
v1
⎛ ⎜ ⎝
h h1
⎞α ⎟ ⎠
(2-7)
式中 v——距地面高度为 h 处的风速,m/s;
v1——高度为 h1 处的风速,m/s; α ——风切变指数,它取决于大气稳定度和地面粗糙度,其值约为 1/2~1/8。
对于地面境界层,风速随高度的变化则主要取决于地面粗糙度,这时一般取地面
从(2-2)式可见,风能大小与气流通过的面积、空气密度和气流速度的立方成正比。
6
第二章 风资源的基本理论
因此,在风能计算中,最重要的因素是风速,风速取值准确与否对风能潜力的估计有 决定性作用。
2.1.5 平均风能密度
风能密度是气流在单位时间内垂直通过单位截面积的风能。将(2-2)式除以相应的 面积 A,便得到风功率密度公式,也称风能密度公式
21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 时间(t)
图 2.2 风速的日变化
2.风速的月变化 由于季节的变化,太阳和地球的相对位置也发生变化,使地球上存在季节性的温 差。因此风向和风的强度也会发生季节性变化。我国大部分地区风的季节性变化情况 是:春季最强,冬季次之,夏季最弱。当然也有部分地区例外,如沿海地区,夏季季 风最强,春季季风最弱。 一年之中,由于地球表面高压区和低压区的变动,风的速度与方向一般也发生变 化。图 2.3 是海力素气象站月平均风速的展开图。从图上不难看出该地区的风速都比
2.1.6 有效风能密度
由于风力机需要根据一个确定的风速来设计,这个风速称为“设计风速”。在这
种风速下,风力机功率最为理想.风力工程中,把风一风速时,风机限速装置将限制风轮转速不再改变,
以使风力机出力稳定,称这个风速为额定风速。但若再大到某一极限风速时,风力机
(2-1)
这就是在 t 时间内,风所具有的能量公式。式中 ρ 为空气密度, v 为风速,各参 量的单位采用国际单位制。
2.1.4 风功率(风能公式)
在单位时间内流过该截面的风能,即为风功率,用 (2-1)式除以相应的时间 t,得 到
W = 12 ρv3A
(2-2)
单位为千克·米 2·秒-3,即瓦。式(2-2),是我们常用的风功率公式。而在风力工 程上,则又习惯称此式为风能公式。
地面境界层内空气流动受涡流、黏性和地面植物及建筑物等的影响,风向基本不 变,但越往高处风速越大。各种不同地面情况下,如城市、乡村和海边平地,其风速 随高度的变化如图 2.5 所示。
风速随高度的变化情况及其大小,因地面的平坦度、地表粗糙度以及风通道上的 气温变化情况的不同而有所差异。
9
内蒙古工业大学硕士学位论文
就有损坏的危险,必须停止运行,这一风速称为“停机风速”或“截止风速”。因此,
在统计风速资料计算风能潜力时,必须考虑这两种因素。通常将“起动风速”到“停
机风速”之间的风力称“有效风力”。这个范围内的风能称为“有效风能”。因此引入
“有效风能密度”这一概念,它是有效风力范围内的风力平均密度。
根据有效风速密度定义,它的计算式为:
相关文档
最新文档