风资源评估介绍讲解

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要求：


具有30年以上规范的测风记录，且连续性较好
有同期的测风数据，且与测风塔同期数据相关性较好 靠近风场，且与风场地形条件相似 四周较开阔
各高度风速和风功率密度月、日变化及其平均状况

用各月的风速（或风功率密度）日变化曲线图和全年的风速（或风
功率密度）日变化曲线图，与当地同期的电网日负荷曲线对比；风
风向频率和风能密度的方百度文库分布
风电场内机组位置的排列取决于风能密度的方向分布和
地形的影响。在风能玫瑰图上最好有一个明显的主导风向， 或两个方向接近相反的主风向。在山区主风向与山脊走向垂 直为最好。 风玫瑰图 表示各种风向出现的频率。
50年一遇最大风速
决定风机等 级 表5 风力机等级的基本参数
THE
2、风能资源的计算

（1）风资源评估 风：空气的流动现象。常指空气相对地面的水平运动，是一个矢量,用 风向和风速表示。

风速：单位时间内空气移动的距离。通常指单位时间内空气的水平位
移，空气运动速度的取值，一般有以下两种：瞬时风速，相对于无限
小的时段，即某一瞬间的阵风速度；平均风速，相对于有限时段，通 常指2、10分钟等的平均情况。我国要求建设风电场，当地10m高处年
风资源评估介绍
一、风的测量

风的测量包括风向测量和风速测量 风向测量：测量风的来向 风速测量：测量单位时间内空气在水平方向上所移动的距 离
1、风力等级 （1）蒲福风力等级表
（2）风级与风速的关系




1）已知风级求风速 vN=0.1+0.824N1.505 N------风级数 vN------N级风的平均风速(米/秒) 2）已知风级最大风速 vNmax=0.2+0.824N1.505+0.5N0.56 3）已知风级最小风速 vNmin=0.824N1.505-0.56
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 大气压 每小时采样一次并纪录
测风塔定位
地形 简单地形，如：非常平坦，只有一些 粗糙的变化 较复杂的地形，如：起伏的山峦或者 粗糙的表面（如森林） 非常复杂的地形，如：山脊 0.5公里 1公里 2公里 在风机位置和最近的测风塔 之间建议的最大距离
风向频率：一定时段内某一个风向出现的频率与该时段内所
出现的各种风向（风速）的总频率之比的百分率称为某个风
向的频率。

风速随高度的变化
风速随高度增加而增大，推荐用幂定律拟合，得到风切变指数。根 据风切变指数和仪器安装高度测得的风速可以推算出近地层任意高 度的风速。 α为风切变指数
例：已知某地测风在Z120m高度处 的风速v1为23m/s，则在Zn10m高 处的风速是多少（地表粗糙指数α 取0.1）

（2）风功率密度 1）风能 以速度v自由流动的气流每秒钟在面积A上获得的能量， 即获得的功率W。
1 W ( Av) ( ) Av3 2 2
v 2
ρ为空气密 度
2）风功率密度 气流垂直通过单位截面积的风能。
1 3 W v 2

例 1 ：已知某风力发电机组风轮直径为 40m ，其风能利用系数 K 是 0.45 ，求在风速是 10m/s 时该风力发电机组风轮输出功率是多少？ （空气密度取ρ=1.2kg/m³ ）

风能资源评价：通过对某一区域的风速、风向观测时间 序列进行分析，估算出该区域的风能资源储量，并对其 风能资源多寡、质量和分布状况作出判断、评价。
全国风能区划
全国风能区划




风向玫瑰图 风玫瑰图是根据气象站观测得到的风能资料数据，绘 制而成的图，因该图形状像玫瑰花朵，故称之为“风玫 瑰”。 风玫瑰图分：风向玫瑰图和风速玫瑰图。 风速玫瑰图：表示风速的大小和风速发生频率。（风速计） 风向玫瑰图：表示风向和风向的频率。（风向标） 风向频率：一定时间内各种风向出现的次数所占观察次数 的百分比。 可以确定主导风向，机组排列垂直于主导风向。
风电场的湍流特征很重要，因为它对风电机组性能和寿命 有直接影响，当湍流强度大时，会减少输出功率，还可能 引起极端荷载，最终削弱和破坏风电机组。
IT 值在 0.10 或以下表示湍流相对较小，中等程度湍流的 IT 值为0.10～0.25，更高的IT值表明湍流过大。
对风电场而言，要求湍流强度IT 值不超过0.25。
1 2 P v 2
3、风能密度等级及划分
二、风力机的特性参数
1 风能利用系数Cp
风力机从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用 系用Cp表示
2、叶尖速比λ

为了表示风轮运行速度的快慢，用叶片的叶尖圆周速度与 风速之比来衡量，称为叶尖速比λ 2Rn R V V
叶尖速比与风轮效率密切相关，只要风力发电机没有超速， 运转处于较高叶尖速比状态下的风力发电机风轮具有较高 效率。

例 2：某台风力发电机组在 6m/s 风速时输出功率为 60kW ，当风速为 12m/s时该风力发电机组输出功率是多少？

例3：某风力发电机组，其年有效风时数为 7000h,风力发电机实际工 作系数为 0.92 ，该机平均输出功率是额定功率 750KW 的 30%，求该 机型的年发电量。

某地年平均风速为 7.5m/s ，空气密度 ρ 为 1.2kg/m3 ，求作 用在物体上的风压 p？若风轮扫描风轮扫掠面积 A=100m2 ， 则风功率W为多少？
平均风速在6m/s。

风向：风的来向为风向。风向观测是用16个方位或0°—360°数值来 表示。静风用“C”表示。
(
V 2
2
)

风能：以速度V自由流动的气流每秒钟在面积A上获得的能量，
即获得的功率P。
P (VA) (

V 2
2
)
1 AV 3 2
ρ为空气密 度
1 3 P V 风功率密度：气流垂直通过单位截面积的风能。 2
END
三、数据收集
定位原则： 1 测风塔安装位置应具有代表性
不能在风场海拔最高处， 如山顶，也不能放在风场 中间。
1）测风塔安装点应在风电场中有代表性，并且周围开阔； 2）测风塔安装点靠近障碍物如树林或建筑物等对分析风况 有负面影响，选择安装点时应尽量远离障碍物。如果没法 避开，则要求测风点距离与单个 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； 2 测风塔数量应满足风能资源评估要求，并依据风场地形复杂 程度而定。
风速日变化 一般，近地层白天午后最大， 14时左右达到最大，夜间和清晨最 小，6时左右风速最小；上层白天午后风小，夜间风大；风的日变
化幅度，晴天比阴天大，夏天比冬天大，陆地比海洋大。
海上：白天风速小，夜间风速大。
风速年变化
一般，北半球中纬度地区，冬季最大，夏季最小；我国大部份地 区春季是冷暖空气交替时期，所以春季风最大。
风向16个方位
风向玫瑰图
每一间隔代表风向频率5％ 中心圆圈内的数字代表静风的频率

例：某风场测得年平均风速不超过 4m/s 的风速频率为 20%，而不小 于25m/s风速频率为5%，求年平均风速在4-25m/s区间内的有效风速 时数是多少？

湍流强度 指风速、风向及其垂直分量的迅速扰动或不规律性。




3、额定风速Vr（设计风速） 风力机达到额定功率输出时规定的风速。 4、切入风速Vc 风力发电机开始发电时，轮毂高处的最低风速。（通 常为3~4m/s） 5、切出风速Vs 风力发电机正常运行的最大风速。


6、风力机功率 指风力机轴的输出功率 7、风力发电机功率 指风力发电机的输出功率
速（或风功率密度）年变化曲线图，与当地同期的电网年负荷曲线
对比，两者相一致或接近的部分越多越好，表明风电场发电量与当
地负荷相匹配，风电场输出电力的变化接近负荷需求的变化。

风速的日变化和季节变化要小。
注：风功率密度蕴含风速、风速频率分布和空气密度的影响，是风电场风能资源的综合指标。 风功率密度等级达到或超过 3 级风况的风电场才具有开发价值。