风与风能概述

5、风频分布
按风速相差1米/秒的间隔观测一定时期（一年、一月或 一天）内不同风速出现的时数占此一定时期内吹风总时数 的百分比称为风速的频率分布。风速的频率分布一般以图 形表示。
风频分布函数：
风频分布可威布 尔（Weibull)分布、 瑞利（Rayleigh) 分布、对数正态 分布三种数学模 型表示。
风速随高度的变化规律称为风切变或风速轮廓线。
风切变与地面粗糙度和地面形貌有关，另外还取决于温度切变。 温度切变层分三类：
第一类为不稳定层：地面空气温 度高于上层空气温度；湍流强度 大，风切变现象明显。
第二类为稳定层：地表温度要比 上层空气温度低；湍流强度减弱， 风切变现象减弱。
第三类为中性层：地面空气温度 基本与上层空气温度相等。风切 变只受地面摩擦力影响。
F •t 2
5m/s——75W/m2；10——600W/m2，15——2025W/m2， 20——4800W/m2
7、有效可用风能
GB8974-88风力机名词术语的定义：
起动风速：风力机风轮由静止开始转动并能连续运转的最 小风速； 切入风速：风力机对额定负载开始有功率输出时的最小风 速； 切出风速（顺浆风速或停机风速）：由于调节器的作用使 风力机对额定负载停止功率输出的风速； 工作风速：风力机对额定负载有功率输出的风速范围，一 般为 3～ 2 0 m/ s。
每小时平均风速值测试方法： 1、将每小时内测量的瞬时风速取平均值； 2、将每小时最后10分钟内测量的风速取平均值作为每小时的 平均风速值； 3、将每小时内几个瞬间测量的风速值取平均值
由每小时平均风速值为基础可计算出每日、每月、每年的平 均风速值
风向：风吹来的方向。
风向：国际上通用的十六方位风向的表示方法。 风向玫瑰图：某地区某一期间各种风向出现的频率，通过放
➢ 由于地球表面的摩擦阻力的影响，风 速随高度变化
➢ 由于大气温度随高度变化所产生的温 差引起空气上下对流流动
➢ 由于地球自转引起的科氏力的作用， 随高度的增加，风向随高度变化
➢ 由于湍流运动引起动量的垂直变化， 大气湍流特性随高度变化
2、地面边界层
底层和下部摩擦层总称为地面边界层，其高度定义为大气边界层的固定 百分比（10%）。
区分高压区和低压区
2、地球自转
由于地球表面及空气间摩擦力的作用，地球自转过程 中将带动地球表面的空气沿地球自转的方向流动。
地球自转使空气发生偏向的力称为地转偏向力。 由于地转偏向力和高低纬度间压差所引起的压力的合 力成为主导地球表层空气流动的作用力。
3、地球表面陆地和海洋等地形分布的影响
（1）山坳和海峡改变气流运动的方向，使风速增大 （2）丘陵、山地因表面摩擦大而使风速减小 （3）山脉的阻挡作用导致局部风速的增加
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第一章 风能资源概述
一、风能的基础知识 二、风能的描述 三、我国风资源的情况
第一节 风能基础知识
一、风的形成
风的形成是空气流动的结果，空气流动形成的动能称为 风能。 空气的流动是由于不同区域空气的密度或者气压不同引 起。大气压差是风产生的直接原因。
射状雷达图表示。
风向玫瑰图表示风向和风向频率。
径向矢量的长度代表沿该方向的风吹过的时间的百分数， 数字则表示该方向的平均风速值。
风的特性
特性：周期性、多样性、复杂性
第二节 风能资源的描述
1、大气边界层 大气边界层：受到地球表面摩擦力影响的大气层
大气边界层中，空气运动是一种随即的湍流流动。
大气边界层主要特征表现：
6、风能计算
风能的利用就是将流动空气拥有的动能转化为其他形式 的能量。 流动空气所具有的动能：
E 1 mv2 1 Fvtv2 1 Ftv3
2
2
2
风能功率：风在单位时间垂直界面F所做的功
W E 1 Fv3
t2
N·m/s
风能密度：风在单位时间垂直通过单位面积所做的功
w E 1 v3 W/m2
3. 风切变或风廓线 平均风速随高度的变化（风剪切数据模型） 在中性层，风速V随高度变化可解析为：
4. 湍流的强度
定义：风的湍流是风速、风向和垂直分量的快速扰动和不规 则变化。 大气湍流主要至因：剪切力和热对流。 高的湍流将引起风电机组输出功率降低以及部件严重超载。
定义公式公式：
平均风速：Βιβλιοθήκη Baidu
平均风速的标准偏差：
4、局部热效应的影响
（1）海陆地区差异（海陆风）
白天，风由海洋吹向大陆；夜晚，风由大陆吹向海洋。 冬季，风由大陆吹向海洋；夏季，风由海洋吹向大陆。
（2）山区（山谷风） 白天，由谷地吹向山坡，谷风；夜晚，由山坡吹向谷底，
山风。
三、风速与风向
风速：风移动的速度，即单位时间空气流动所经过 的距离。
风能资源的测量与评估
课程内容
第一章 风能资源概述 第二章 风资源测量与评价概述 第三章 测风系统选址 第四章 测风参数 第五章 测站设备 第六章 测站的安装 第七章 观察站的运行和维护 第八章 数据的采集和处理 第九章 数据验证和报告 第十章 风资源测评认证程序
相关事宜
总课时32学时、讲课28学时、实验4学时 主要参考书： 《中国风资源测量和评估务实》化学工业出版社 《风资源测量和评估手册》AWS公司97年编写 《风能与风力发电技术》第二版 化学工业出版社 成绩评定方法：期末考试占60%，作业和出勤占
《风级歌》
0级烟柱直冲天，1级青烟随风偏， 2级轻风吹脸面，3级叶动红旗展， 4级带叶小树摇，5级枝摇飞纸片， 6级举伞步行艰，7级迎风走不便， 8级风吹树枝断，9级屋顶飞瓦片， 10级拔树由倒屋，11.12陆上很少见
风速是不稳定的随机变量，目前国际上对风力状况进行分析并 作为计算风能资源的基本依据是每小时的平均风速值。
改变空气密度主要方法
（1）加热或冷却 （2）外力作用
二、影响地球表面空气流动的主要因素
1、太阳辐射
风形成的根本原因
赤道和低纬度地区太阳高度角大，日照时间长，太阳辐
射强度大，地面和大气接受热量多、温度高；高纬度地区 太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量少， 温度低。
高纬度和低纬度之间的温度差异，形成南北之间的气压 梯度，使空气做水平运动，风沿垂直于等压线的方向从高 压向低压吹。