风能资源分析和评估课件

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1. 风能资源
1.2 风的测量
测量设备的安装
❖ 测风塔结构和基础，应能承受30年一遇最大风力冲击 ❖ 表面应防盐雾腐蚀
测风塔高度 测风仪数量 测风仪位置
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测风塔 一处 不低于轮毂高度
应有3层 10m高度； 轮毂中心高度； 10m高度整数倍
两处以上
不低于轮毂高度； 10m整数倍 至少2层 10m高度； 轮毂中心高度； 其余10m高度整数1倍3
5.9
200-300
6.4
3
150-200
风能资源分析和评估
中国电力科学研究院 陈默子
2006.1.9
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主要内容
1. 风能资源
3.风电场风能资源分析与评估方法
1.1 风的形成
3.1 基本方法
1.2 风的测量
3.2 WindPro对象介绍
1.3 风能资源评估的参考判据 3.3 风资源数据的获得
1.4 风的特性
3.4 风资源分布图
30度
盛
行
西
带 风
副热带高压带
东
北
信
风
带
赤道
赤道低压带
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1. 风能资源
1.1 风的形成
季风环流
❖ 海陆分布的作用：海洋热容量远大于陆地
冬季：陆地比海洋冷，大陆气压高于海洋； 气压梯度力：大陆->海洋，西北风；
夏季：陆地比海洋热，陆地气压低于海洋；
气压梯度力：海洋->大陆。
地球上5个风带，南北半球对称，北半球3个风带；
❖ 测量位置数量，依地形复杂程度而定。
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1. 风能资源
1.2 风的测量
测量参数
❖ 风速测量
10min平均风速，用于风能资源计算；
小时平均风速，通过10min平均风速获得；
极大风速, 3秒采样一次的最大值，用于安全计算
❖ 风向测量
与风速同步采集
16个扇区
❖ 气温 每小时采样一次并纪录
❖ 山谷风：
山地附近山坡与周围空气受热不同形成
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白天，山坡接受太阳光热多，被加热的暖空气不断上
升，而谷底上空相对较冷的空气则下沉补充，形成山
谷风环流。晚间山坡降温快，于是又形成了相反的环
流。
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1. 风能资源
1.2 风的测量
测量位置
❖ 测量位置的代表性 所选测量位置的风况应基本代表该风场的风况； 测量位置附近应无高大建筑物、树木等： 与单个 障碍物距离应大于障碍物高度的3倍； 与成排 障碍物距离应大于障碍物高度的10倍以上； 测量位置应在风场主风向的上风向；
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风功率密度等级表
风功率 密度
等级
10m 高度
风功率密度 w/m2
年平均风ຫໍສະໝຸດ Baidu 参考值
m/s
30m 高度
风功率密度 w/m2
年平均风速 参考值
m/s
50m 高度
风功率密度 w/m2
年平均风速 参考值
m/s
1
<100
4.4
<160
5.1
<200
5.6
2
100-150
5.1
160-240
E
潘家10m 潘家30m 潘家40m 气象站
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WSW
ESE
单位：％
SW
SE
测站静风：0％
SSW
SSE
S
气象站静风：1.2％ 气象站有误数据：0.1％
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1. 风能资源
1.2 风的测量
测量仪器
❖ 测风仪： 风速传感器 风向传感器 数据采集器（保存不低于3个月，低温）
❖ 大气温度计 ❖ 大气压力计 ❖ 测量仪器应经过校准
❖ 局地环流： 由于地球上局地因子的影响，区域性的气流也可以 改变全球气流的状况，从而产生局地性的气流流动。
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1. 风能资源
1.1 风的形成
大气环流：
❖ 气压梯度力 地球绕太阳转，地球表面受热不均，增热程度随纬度 增高而降低，温差引起大气层空气压力不均衡。北半 球空气向北流动。
❖ 地球自转偏向力 北半球，气流向右（向东）偏转； 地球偏向力在赤道为零，随着纬度的增高而增大，在 极地达到最大。
2. 复杂地形对风特性的影响
2.1 概述 2.2 粗糙度
3.5 尾流计算 3.6 发电量计算 3.7 风电场项目发电损失和误差
2.3 障碍物
2.4 地形信息
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1. 风能资源
1.1 风的形成
❖ 大气环流： 风是由太阳的热辐射和地球自转的作用，在大范围 内产生的气流流动。
❖ 季风环流： 由于海陆差异、行星风带的季节转化及地形特征引 起的，盛行风向（气压系统）有明显的季节变化。
❖ 大气压 每小时采样一次并纪录
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1. 风能资源
1.2 风的测量 风玫瑰图 表示各种风向出现的频率
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1. 风能资源
1.2 风的测量
风玫瑰图
图2－4
潘家测风塔与通榆气象站风向玫瑰图
N
NNW 30.0
25.0
NW
20.0
15.0
WNW
10.0
5.0
W
0.0
NNE NE ENE
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DWP
1 2n
n i 1
3 i
1. 风能资源
1.3 风能资源评估的参考判据
平均风功率密度和有效风功率密度
❖ 平均风功率密度：设定时段内的逐小时风功率密度的 平均值
DWP
1 2n
n i1
3 i
空气密度(kg/m3)
i
第i次记录的风速(m/s)
有效风功率密度：风速只计切入风速到切除风速之间的
1. 风能资源
1.2 风的测量
IEC61400-12 安装要求
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1. 风能资源
1.3 风能资源评估的参考判据
❖ 风功率密度，蕴含风速、风速分布和空气密度的影响， 是风场的综合指标
❖ 风向频率及风能密度方向分布 ❖ 风速的日变化和年变化 ❖ 湍流强度 0.10较小, 0.10~0.25中等, >0.25过大。 ❖ 极大风速（每3s采样一次的最大的风速值） ❖ 低气温（气温低于-30） ❖ 其他，雷电、电线结冰、沙暴、盐雾
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1. 风能资源
1.1 风的形成
大气环流：
❖ 大气环流在地球自转偏向力的作用下,形成三圈环流 环流圈伸曲高度：赤道最高，中纬度次之，极地最低
赤道~纬度30°N环流圈 纬度30°~60°N环流圈 纬度60°~90°N环流圈
60度
北极 极地高压带 极地东风带
副极地低压带 副极地低压带
夏季均向北移动 、冬季则向南移动；
冬季西风带的南缘地带在夏季可以变成东风带。
❖ 地形特征引起
典型：青藏高原，冬夏温度相对周围地区变化大。
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1. 风能资源
1.1 风的形成
局地环流
❖ 海陆风： 由大陆与海洋温差转变引起
海岸附近以一日为周期的海陆风，形成原因与季风相 同，但以日为周期，范围小，势力弱。