中国近海的风能资源

第一章 中国近海的风能资源
7月
2.盛兴风 夏季 盛行西南风 秋季 盛行偏北风 台风影响： 夏半年（5-9月）
台风“韦帕” 台风“达维”
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1.2 利用实测资料分析近海风能资源 1、近海风的观测手段
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2.测风塔资料处理和计算
1)资料质量检验
观测数据连续，有效完整率达90%
5.QuikSCAT卫星资料分析的中国近海资源分布
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5月 3 月 9月 11 月 7 月 1 月 12 月 4月 月 6 月 2 月 8 10 月
6.月有效平均风功率密度与盛行风向分布
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7.小结
1）QuikSCAT比实测数据大，QuikSCAT与实测数据
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2)风场反演 采用统计方法。困难：完全匹配很困难 解决办法：将一系列观测值带入概率密度函数得 到最大似然方程。求得“模糊”的杨难免风场。 假设每个“模糊”的洋面风场元素点与大于一个 风测量单元空间距离外的风场存在相关性。 风场中模糊值去除：中值滤波法。 准确度：97%
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2.QuikSCAT洋面风场的探测原理和风场反演 1）探测原理 雷达方程
PL t Pb 3 (4 )
2

Gt ( x, y)Gr ( x, y) F ( x, y)
0
R ( x, y)
*
4
dxdy
雷达横截面参数
G 2 L 1 0 Pb [ Ac Pt ( ) ] (G, Ac , R0 ) 2 4 R0 4
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3船舶气象观测特点
观测要素
观测次数
观测高度
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71 月 月 4 月 10 月
4.船舶气象观测资料质量控制
1）资料一致性检验
2）极值检查
5.中国近海的风速分布
中 国 近 海 年 平 均 风 速 和 盛 行 风 向
中国近海平均风速和风向（1950-2008）
相关性好，可以通过拟合的方法订正卫星遥感风
速。
。 2）30 N以南地区风能密度较高，其中台湾海峡是 。 中国近海风能密度最高区域；30 N以北地区风能
密度随纬度的增减递减，南海北部风能密度由东
向西递减。
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1.5合成孔径雷达(SAR)在海上风能资源评估中的应用
1.星载SAR测量海面风
风向 标准 方差 1.73
风速相 风向 关系数 相关 系数 0.66 0.55
平均 风速 7.33 6.33
Weibull_α
Weibull_β
1.96
2.70 2.26
8.25 7.16
结论：卫星与对应时间实测风速的分布形态基本 一致
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3）青岛浮标站比较分析
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2.中国气象局风能资源数值模拟系统“WERAS/CMA” 系统流程图
近 近 海 海 第一章 中国近海的风能资源 70 70m m高 高 度 3.中国近海风能资源模拟 度 20 20 年 年 平 平 均 均 风 风 速 功 率
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1.4 QuikSCAT卫星资料在近海风能资源评估中的应用 1.卫星测量海面风 1)2003 年，“太阳能和风能资源评估”，采用QuikSCAT 卫星遥感资料作为全球海上风能资源评估的基础数据。 2 ） 2004-2006 年，丹麦开发了合成孔径雷达（ SAR ）图 像分析系统。 3 ）测风散射计采用主动微波遥感方式，可穿透云层， 全天候测量距海平面10m高度的洋面风场。
2）插补订正
异塔风速订正
同塔风速订正
气象观测站风速订正
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3）平均风功率计算(与风向垂直的单位面积中风所具有的功率)
D p
其中
1 3 ( )W/m 2
记录数 空气密度 kg/m 3 第i记录的风速(m/s)值
3 ASAR卫星遥感图像的挑选 对于海面风的物理繁衍，其理想的ASAR图像挑选 条件包括： 包含早上和 排除只覆盖给定 晚上的图像 图像样本不受时间限制 区域边缘的图像 卫星图像在空间上完全重叠 若预算允许，可以购 买所有能得到的图像 上千张以上的图像样本量 ，若预算有限，则应 排除明显受降 没有大气的影响 挑选200 张左右 雨影响的图像 排除明显受海 海洋表面没有其他因素的影响 洋影响的图像
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6.风能计算和资源分布（通过计算Weibull参数计算风能）
x 1 x f ( x) ( ) exp[( ) ]
v1



2
(
3
3

1)
t N{exp[ ] exp[

v2

] }

e

2

v2
v1
10min与2min风速的比例参数
站名 比值 8号 0.96 潮连 岛 0.98 嵊泗 0.96 大陈 岛 0.98 台山 0.97 平潭 0.94 上川 岛 0.92 涠洲 岛 0.94 西沙 0.96 珊瑚 岛 0.94
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6.风能计算和 资源分布
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1.3近海风能资源数值模拟 1.风能资源数值模拟现状 丹麦：WAsP 网格尺度2-5km 美国：MesoMap和SiteWind 中国：WEST
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“太阳能和风能资源评估”项目，美国NREL对我 国东部和近海300万平方千米进行了风能资源评估
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v (
3
v

)
1
exp[ (
v

) ]dv ) ]


exp[ (
v1

) ] exp[ (

v2

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Weibull两参数估计通常使用的方法有最小二乘法、 平均风速和标准差法、平均风速和最大风速法。 风功率密度计算要求使用10min平均风速，而船舶测 风一般为每天4次定时2min平均风速，所以需要进行 时次订正。
D p
1 3 ( )( i ) 2n i 1
n
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有关风功率的计算例题 每台风力发电机的功率为40kw，风的动能转化为 电能的效率为20/100，空气密度是1.29千克每立 方米，当地水平风速为10m/s问发电机叶片长度为 多少才能满足设计要求？ 答：设半径为R，则扇叶覆盖面积S=3.14R^2,则时 间t内吹过发电机的空气体积为V=Svt,空气质量为 m=1.29xV=1.29Svt,空气的动能为 E=0.5mv^2=0.5*1.29St*v^3,v=10m/s,所以 E=645St,转化为的电能为e=0.2E=129St,所以 P=e/t=129S=40kw=40000w,S=3.14R^2,最终的R约 等于10m/s
第一章 数字图像处理概论
海上风力发电工程
第一章 中国近海的风能资源
An Introduction to Database Systems
第一章 中国近海的风能资源
1.1 中国近海的盛兴风 1.中国地理环境
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1月 2.盛行风 冬季和春季 冬季：渤黄海盛行西北风 南黄海和东海盛行北或东北风 南海盛行东北风 春季：渤海风向较乱 黄海西北风 东海南海东北风
0
对于给定的 ，如果风向已知，风速就可得到。
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风向的确定方法： 1）根据图像中条纹 的排列进行推断 2）根据地（海）面 点上的观测资料向空 间推广 3）利用数值模拟的 风向结果。
东部近海2005.1.31 10m高度风场反演结果
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江苏 第一章 中国近海的风能资源 江苏 盐城 ASAR 盐城 至杭 卫星 图像 至杭 州湾 江的叠 4.利用ASAR图像分析江苏到杭州湾的风能资源分布 州湾近海 苏加数 特征 近海10m高 省量分 10m 度的 以江苏到杭州湾的沿海地区为例 布 到 高度风速 杭 的风分布 州 功率 湾 密度 的 分布 沿 海 区 域
SAR的应用：海洋权益、资源调查、环境保护、防灾减
灾和海洋科学研究
分辨率：1km以上
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2.ASAR图像反演海面风 海面风场的反演是利用雷达后向散射图像根据经 验的地球物理模型函数进行
U
0
r ( )
A( )[1 B( ,U )cos C( ,U )cos 2
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3.QuikSCAT资料与近海实测资料比较 1）上海测风塔对比 洋面以上70m，60m，50m的相关系数达0.99以上， 10m相关系数为0.87.
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2）渤海石油平台对比分析
风速标 准方差 2005至 2007年
QuikSCAT 石油平台
0.034( z T )
n

i
P RT
P 年平均气压
(353.05 T )exp
R 气体常数
T 开氏温度
z
海拔高度
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平均风功率公式推导 单位面积为1平方米,则时间t内吹过的空气体积为 V=vt,空气质量为m= xV= vt,空气的动能为 E=0.5mv^2=0.5* t*v^3,所以
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Ac R G [ Gt Gr FR dA]
4 0 *2 4
1
订正 对于有云和降水条件下的测量值应进行校正。 校正方法： QuikSCAT/Sea-Winds卫星资料处理时，部分风矢 量产品对降雨区进行了标准，标注时多采用其他 相近时间、空间的微波辐射仪观测资料