风资源测量

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一 、风向和风向玫瑰
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时变性
平均风速的日变化 平均风速的季度变化 平均风速的年变化
平均风速的月变化
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区域性变化
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风力等级表
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大气边界层和地面边界层
温度切变：温度T随高度的 变化
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风速和风向的时间历程曲线
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平均风速沿高度的变化-风速廓 线
不同地面粗糙度 对应的风切变 （假设高度 z=1000m时的 风速为15m/s
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旗形树
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风蚀石窝
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风蚀蘑菇
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雅丹地貌
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风电场宏观选址

方法步骤
1、备选场址的确定 通过考察以后，综合风能资源和其它建设条件， 排除那些不具备一项或多项建设条件的地点，如风 能很小、接入系统造价很高甚至无法解决等，即可 确定若干个备选场址，转入下一步工作：风能资源 测量——测风塔的定位。
方法步骤
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风电场宏观选址

2、风能资源测量 （ 2 ）测风塔的位置和数量一定要在地形图上 先确定，再到现场调整并最终确定。否则容易可能 造成测风塔之间的位置疏密不一。 测风塔定位原则：远离障碍物，选择位置能代 表场址的主要范围
方法步骤
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障碍物引起的湍流
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风电场宏观选址

2、风能资源测量 （ 3 ）提高测量数据的完整性和可靠性。要经 常检查数据，经常到现场检查仪器，及时发现问题。 传感器装上以后，经常会因为缺电、沙尘、积冰、 支撑杆弯曲甚至断裂等造成数据的丢失或失真。用 无线方式接收数据的，还要保证及时向通讯公司交 费。安排责任心强、接受过培训的人员负责这项工 作，是重要的保证措施之一。
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风电场宏观选址

基本原则
7、满足投资回报要求 尽力较低的投资和运营成本，获得较高的利润
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风电场宏观选址

方法步骤
1、备选场址的确定 在一个较大范围内，如全国或一个省，一 个县或一个电网辖区内，确定几个可能建设 风电场的区域。
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风电场宏观选址

方法步骤
1、备选场址的确定 寻找备选场址的第一种途径：全国已经建 成了很多风电场。有些风电场附近还有未开 发的区域。根据已建风电场的发电情况，判 断新风电场的开发前景。这是寻找备选场址 的捷径。
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风电场宏观选址

方法步骤
1、备选场址的确定 其中东南沿海、山东、辽东沿海及其海上岛屿 区，内蒙古北部、松花江下游区为风能丰富区（Ⅰ）； 东南沿海沿岸和渤海沿海区，三北的北部区，青藏高 原区为风能较丰富区（Ⅱ）；两广沿海区，大小兴安 岭山地区，东北长白山向西经华北平原到我国西端是 风能可利用区（Ⅲ）。云贵川和南岭地区，雅鲁藏布 江和昌都地区，塔里木盆地西部地区为风能欠缺区 （Ⅳ）。
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4级以上适合发电
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采用加拿大west模拟全国陆地 50m高度风功率密度分布
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功率密度分布和近海风速分布
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风电场宏观选址

方法步骤
1、备选场址的确定 中国气象科学研究院朱瑞兆等利用 1961—1970年的气象资料，根据有效风能密 度和利用小时数等指标，结合天气气候特点、 自然地形和水体等，将全国风能划分为4个大 区和30个类型区。
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风电场宏观选址（地形标志物）

方法步骤
是：
1、备选场址的确定 从地形图上可以判别发生较高平均风速的典型特征 －走向和主风向平行的隘口和峡谷； －高原和台地； －比较突出的山脊和山峰； －海岸； －岛屿的迎风和侧风角。
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风电场宏观选址（场址考察）

方法步骤
1、备选场址的确定 为了核实场址条件，应该尽快组织对场址的实地考察。 考察的内容主要是风能的大小，同时至少包括： ·土地的可用性，范围及目前用途 ·地形地貌、地质（障碍物的位置） ·交通运输 对环境影响 ·电网情况 风成地貌 ·初步确定测风塔的位置
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风电场宏观选址

方法步骤
1、备选场址的确定 上述的分区，仅为全国范围对陆地的宏观划分，没 有把海域考虑进去。由于当时利用的是气象站10米高的风 速数据，而现在的风电场一般远离气象站，机组的轮毂高 度至少也在40米以上，所以某一风电场场址的风能资源不 一定严格符合上述分区。 就一个省或更小的范围选址来讲，更多的是要借助 地形图。
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风资源测评过程（p7）
收集气象、地理、地形图、地质等资料，分析风况资料， 评价地形，自然环境，交通等
现场考察，选址
风况测量，测风塔安装，测量参数
数据收集、管理、分析，观察至少一年以 上，保证有效数据完整率90%以上
风况分析，风能资源评估 编制风资源评估报告
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风电场宏观选址

2、风能资源测量 风能资源测量是一项很重要的工作。主要指导 文件为GB/T18709-2002《风电场风能资源测量方 法》。 （ 1 ）必须在测风阶段给予足够的投入。立足 够数量的测风塔。安装足够数量的传感器。测量足 够长的时间。
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风电场宏观选址

方法步骤
1、备选场址的确定 风成地貌例子： “旗形树”。植物因长期被风吹而导致枝干偏向一边。 主风向明显地区的树的变形程度与年平均风速相关性较强。 地表物质会因风而移动和沉积，形成干盐湖、沙丘和 其他风成地貌，表明附近存在固定方向的强风。如山的迎 风坡岩石裸露，山的背风坡砂砾堆积。
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某地实测的风速廓线
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风从平滑地表吹向粗糙地表时 的风廓线变化
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风从粗糙地表吹向平滑地表时 的风廓线变化
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地物影响
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建筑物对下游风特性的影响
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地形影响
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山脊横截面对风特性的影响
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山崖对风特性的影响
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大气运动尺度
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不同高度处的风速时间历程曲 线
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湍流强度
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风资源测量与评估
兰州理工大学能源与动力工程学院 甘肃省风力机工程技术研究中心 参考文献： 《中国风资源测量和评估实务》
《风电场风能资源测量和评估技术规定》 《风能资源评估手册》 《风力发电技术》廖明夫
1
能源分布
2
能源分布
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风能利用
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风力提水
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垂直轴风力机
D=64m, 4200KW
D=10m,20kw
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兰州理工大学外场试验基地
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测风塔
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10个侧风位置
甘肃酒泉 新疆哈密 河北 吉林 蒙东 蒙西 江苏沿海 山东
联合国开发计划署
Ａ吉林（明阳） ＢＣ内蒙古 Ｄ宁夏（2003年开 始建） Ｅ甘肃 Ｆ湖北（龙源、中 广核） Ｇ江西（江西中电 投投资20亿） ＨＩ福建 Ｊ广东（中电投投 81 资60亿）
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风电场宏观选址

方法步骤
3、场址比选 风能资源按照 GB/T18710-2002《风电场风能 资源评估方法》进行评估。相关气象条件要提出气 温、沙尘、盐雾、雷电、冰雹、雨（雾）凇、台风 对风电机组、发电量、工程施工等的影响。还应初 步选择一种机型，比较各场址的年发电量。
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风电场宏观选址

基本原则
2、符合国家产业政策和地区发展规划 场址是否已作其它规划，或和规划中的其它项 目有矛盾。 3、满足联网要求 联网是风电场实现销售收入的必要条件。应尽 量靠近电网，减少线损和送出成本。根据电网的 容量、结构，确定建设规模与电网是否匹配。
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风电场宏观选址

基本原则
4、具备交通运输和施工安装条件 港口、公路、铁路等交通运输条件应满足风电 机组、施工机械和其它设备、材料的进场要求。 场内施工场地应满足设备和材料的存放、风电机 组吊装等要求。
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风电场宏观选址

方法步骤
1、备选场址的确定 寻找备选场址的第二种途径：有些地区已 进行过风能资源的调查。可向有关部门如发 改委、气象部门、电力部门或建设经验丰富 的人士咨询。
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风电场宏观选址

方法步骤
1、备选场址的确定 寻找备选场址的第三种途径：中国气象科 学研究院和部分省区的有关部门绘制了全国 或地区的风能资源图谱，按照风功率密度和 有效风速出现小时数进行风能资源区划，标 明了风能丰富的区域，可用于指导宏观选址。
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风能量玫瑰图/(kw.h.m-2)
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风功率谱
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根据风频分 布a和功率 曲线b确定 发电量c
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功率曲线测量实例
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湍流强度对功率曲线的影响
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风场收益估算
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风场收益估算
——————
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极端运行阵风
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风洞试验（中国空气动力研究 与发展中心4m*3m风洞）
龚
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同济大学大气边界层风洞
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wk.baidu.com
水平轴风力机
5兆瓦风力发电机组
1.2兆瓦直驱式风电机组
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水平轴风力机的发展趋势
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水平轴风力机示意图
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全球风系和大气环流
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海陆风
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山谷风
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我国能源分布 风能最佳区：山东半岛、辽东半岛及海上岛屿、内蒙古、甘肃， 黑龙江南部及吉林北部。 风能较佳区：青藏高原中北部、东南沿海、三北的南部。
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Weibull风频概率密度（c=7， k=2)
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固定平均风速下不同形状因子k 的weibull分布
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c,k随高度的变化
v/c
k
V/c随k的变化
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风频分布测量值和拟合的概率 密度
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不同平均风速时的瑞利分布 k=2
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图表法分析威布尔分布的k c
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风向概率玫瑰图/%
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平均风速玫瑰图/(m.s-1)
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平均风速沿高度的变化-风速廓 线
地面粗糙度Z0类型变 换时对风切边的影响
利用2个高度z1和z2测得的 风速确定地面粗糙度
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大气层稳定度对风切变的影响
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地形和地面粗糙度对风切变的 影响
障碍物后风速的降低
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风速廓线指数与时间的关系
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不同风切变指数下的风切变
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不同平均风速下的风速廓线指数
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同济大学大气边界层风洞
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中国环境科学院环境风洞
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直流风洞
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汽车风洞
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风力机风洞试验
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飞机风洞试验
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立式风洞
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我国最大的风洞


中国空气动力研究基地风洞，成为我国规模最大、手段齐 备、综合实力最强的国家级空气动力试验、研究和开发机 构，其综合试验能力跻身世界先进行列。 以低速风洞和跨声速风洞为代表的52座风洞设备和专用 设施，构成了亚洲最大的风洞群，拥有8座“世界级”风 洞设备； 从“歼-10”、“枭龙”战机和“神舟”系列飞船，到磁 悬浮、“和谐号”高速列车；从高达300多米的东方明珠 塔，到横跨30多公里海面的杭州湾跨海大桥，都在这里 进行过风洞试验。
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风电场宏观选址

基本原则
1、风能资源丰富，风能质量好 年平均风速一般应大于5m/s 风功率密度一般应大于300W/m2 风频分布好 可利用小时数高3-25m/s在2000h。 有稳定的盛行风向 风速的日变化和季节变化较小 垂直风剪切较小，以利于机组的运行，减少机组故障。 湍流强度较小，尽量减轻机组的振动、磨损，延长机组 寿命。湍流强度超过0.25，建风电场就要特别慎重。选机型 时要和厂家充分交流，看机组是否能够承受。 84
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风电场宏观选址

基本原则
5、保证工程安全 地质情况：土质情况，如是否适合深度挖掘 （塌方、出水），房屋建设施工，风机基础施工 等。要有详细的水文地质资料 地理位置：远离地震带，火山频发区，远离人 口密集区。
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风电场宏观选址

基本原则
6、满足环境保护的要求 避开鸟类的迁徙路径、侯鸟和其它动物的停留 地或繁殖区。和居民区保持一定距离，避免噪声、 叶片阴影扰民。减少耕地、林地、牧场等的占用。
湍流强度随高度的变化曲线
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湍流强度随地面粗糙度的变化
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湍流强度和风速的关系（陆地 测量）
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湍流强度和风速的关系（海上 风场测量）
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不同标准下的湍流强度
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不同湍流强度下阵风系数随 阵风持续时间的变化曲线
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丹麦每5年一个周期的平均风 速
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风频图
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测风实例
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Weibull累积风频分布 （c=7,k=2）
风电场宏观选址

基本概念
风电场宏观选址即风电场场址选择。是 在一个较大的地区内，通过对若干场址的风能 资源和其它建设条件的分析和比较，确定风电 场的建设地点、开发价值、开发策略和开发步 骤的过程，是企业能否通过开发风电场获取经 济利益的关键。
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风电场宏观选址

影响因素
风能资源和其它相关气候条件、地形 和交通运输、工程地质、接入系统、其它社 会政治和经济技术因素。
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方法步骤
风电场宏观选址

方法步骤
2、风能资源测量 经过至少 1 年的测量，数据有效数据完整率达 到90％以上，即可进入下一步：场址比选。
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风电场宏观选址

方法步骤
3、场址比选 根据DL/T5067-1996《风力发电场项目可行性 研究报告编制规程》，应比较以下内容：风能资源 和相关气象条件、地形和交通条件、工程地质条件、 接入系统条件。