风能资源测量与评估资料

2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
1 风杯式风速计
在风力的作用下风杯（ 34 个咖啡勺状小碗）绕轴（竖 立的支撑柱）旋转。风杯将风 的压力转化成旋转的扭矩，再 由风速计内部的转换器将扭矩 转化成电信号，然后通过电缆 传输到记录仪器。 在此过程中风杯的转速和 风速在一定范围内呈线性关系 （正比）。
参数
技术指标
参数
技术指标
测量范围/(m/s)
启动风速/(m/s) 距离常数/m
0～50
—— ——
运行温度范围/℃
运行湿度范围（%） 风向（°）
-40～60
0～100 0～360
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
3 超声波风速计
超声波风速计是利用超声 波时差法来实现风速的测量。 由四个四面体构成，每个四面 体角上设置了一个超声波发送 器和接收器。其中一个向另外 三个传感器发送超声波，在风 的作用下导致声音延时到达另 外一个传感器，电子测定仪就 是通过这种延时来测定水平方 向和竖直方向的风速。
2.1.4 大气压力传感器
大气压力传感器是通过 利用电压效应产生电压 信号，并转化成标准输 出（4～20mA/1～ 5VDC）存储在数据记 录仪中。需要外部电压 供电。
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5 热线式风速计
热线式风速计分旁热式和直热式两种。 旁热式——锰铜丝（电阻温度系数为零） 直热式——铂丝（可直接测量热线本身温度）
当风速发生较小变化时，金属探针温差 大，易于检测，因此热线式风速计在小风速 时灵敏度较高，适于对小风速的测量。
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
1 风杯式风速计
风杯式风速计最常用的是三杯式风速计。 技术指标见表2-1。
表2-1 风杯式风速计的技术指标
参数 测量范围/(m/s)
启动风速/(m/s) 距离常数/m
技术指标 0～96
0.78 3.0
参数 运行温度范围/℃
运行湿度范围（%） 记录精度/(m/s)
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
超声波风速计在测量水平方向风速的同时 可附带测量竖直方向的风速。由于它很好地克 服了机械式风速风向仪固有的缺陷，因此测量 精度高，能全天候地、长久地正常工作，越来 越广泛地得到使用，若采用抗腐蚀材料制造超 声波风速计，可进一步降低日常维护费用。因 此它将是机械式风速仪的强有力替代品。由于 此风速计敏感度高，因此成本高，需配备加热 设备以保证设备不受冰雪天气影响。
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
1 风杯式风速计
主要考察的技术指标:起始风速和距离常数 起始风速：风速计开始旋转的最小风速。要求起 始风速在1m/s以下。 距离常数：平均风速与时间常数的乘积。 时间常数：风速计对风速的“响应时间”，风速 计在经过一个风速的突然变化后恢复到 63% 的 均衡速度所需的最短时间。
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2 螺旋桨风速计
由螺旋桨和支撑它 的水平轴组成，水平轴 尾部的叶片起到了对风 的作用。与风杯式风速 计相同，螺旋桨风速计 产生于风速成正比的电 信号，以此实现对风速 的测量和记录。
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2 螺旋桨风速计
螺旋桨风速计的基本规格
表2-2 螺旋桨风速计的基本规格
伯努利方程
p t p s (
V
2
2
)
式中 V ——流体的速度； p t ——停滞压力或总压力； p s ——静态压力； ——流体的密度。
由上式可以求得流体速度为
V
2( pt ps )

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4 皮托（普朗特）管风速计
皮托管风速计技术指标
表2-3 皮托管的技术指标
风力发电场
第2章 风能资源测量与评估
（教学课件）
第2章 风能资源测量与评估
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理 2.2 测风塔的结构、地点选择和传感器安装 2.3 风能资源评估方法 2.4 风能资源评估软件
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
2.1.1 风速计
定义：测量大气气流速度的装置。
种类：旋转式风速计、声学风速计、压力式风 速计、散热式风速计、激光式风速计等。 旋转式风速计分为：风杯式和螺旋桨叶片式。
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
2.1.2 风向计
• 风向计是一种测定风向的显示仪器。
• 风向计有风向袋、风信鸡、风向标等几种。
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
2.1.3 大气温度传感器
由传感导体、防护盘和接 口设备组成。 常见元件还有热敏电阻， 电阻热探器和半导体。
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
4 皮托（普朗特）管风速计
皮托管风速计由一个带直 角弯角的短管和压力测量设备 组成，弯管垂直置于流体中， 出口正对来流方向。当流体 （气体）流至弯管时无法继续 向前流动，此时测量的压力为 停滞压强（即总压力）。
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
4 皮托（普朗特）管风速计
名称 皮托管风速 计
测量单位 m/s,fpm(英尺/分钟)
量程（m/s） 0.1～40
精度（%） 0.5(max)
分辨率/（m/s） 0.001
温度/℃ -20～800
差压范围/kPa ±1.25
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
5 热线式风速计
将一根通电加热的细金属丝（ 称热线）置于气流中，热线在 气流中的散热量与流速有关， 而散热量导致热线温度变化而 引起电阻变化，流速信号即转 变成电信号。散热的速率与风 速的二次方根呈线性关系。
技术指标 -55～60
0～100 0.1
2.1 风能资源测量仪器及其工作原理
1 风杯式风速计
风杯式风速计优点是：结构形式简单，故障率 低，保养费用低，经济实惠。 风杯式风速计缺点是：十字风杯具有惯性，启 动时，风速小时无响应，强阵风过后由于惯 性的作用，其运转一段时间后才能停下，这 样会高估阵性风的风速，（产生的平均误差 约为10%）；且只能测量水平方向的风。
5 热线式风速计
热线式风速计
0～4.99m/s 5～50m/s
热线式风速计分辨率： 分辨率/（m/s）
应能力，时 间常数为几十毫秒，用于大气湍流和农业气象 测量。 缺点：受环境影响较大，空气中杂志沉积在金 属探针，影响测量特性，引起误差，降低测量 频率；环境温度过高会引起测量误差。