1、，1，風(fēng)能資源分析與評估，中國電力科學(xué)研究所天津2006.1.9。2，主要內(nèi)容，1 .風(fēng)能資源1.1風(fēng)形成1.2風(fēng)測量1.3風(fēng)能資源評價標(biāo)準(zhǔn)1.4風(fēng)的特性2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響2.1概述2.2粗糙度2.3障礙物2.4地形信息，3。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能資源分析和評估方法3.1基本方法3.2 WindPro對象介紹3.3風(fēng)能資源數(shù)據(jù)獲取3.4風(fēng)能資源分布圖3.5尾流計(jì)算3.6發(fā)電功率計(jì)算3.7風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)電損失和誤差。3，大氣環(huán)流：風(fēng)是由于太陽的熱輻射和地球自轉(zhuǎn)的作用而產(chǎn)生的大范圍氣流的流動。季風(fēng)環(huán)流：有陸地差異、行星風(fēng)場的季節(jié)轉(zhuǎn)換和地形特征上風(fēng)向(氣壓系統(tǒng))占優(yōu)勢的季節(jié)變化。局部循環(huán)：由于地球局

2、部磁場的影響，局部氣流也可能改變?nèi)驓饬鞯臓顟B(tài)，引起局部氣流的流動。1 .風(fēng)能資源，1.1風(fēng)力形成。4，大氣循環(huán)：壓力梯度力地球繞太陽運(yùn)行，地球表面加熱不均，變暖程度隨著緯度升高而減少，溫差引起大氣氣壓不平衡。北半球空氣向北流動。地球自轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)力北半球，氣流右(東)偏轉(zhuǎn)；地球偏轉(zhuǎn)力隨著緯度從赤道上升到0，在兩極達(dá)到最大值。1 .風(fēng)能資源，1.1風(fēng)力形成。5，1。風(fēng)能資源，大氣循環(huán)：大氣循環(huán)在地球自轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)力的作用下，形成了三元循環(huán)循環(huán)循環(huán)循環(huán)循環(huán)循環(huán)循環(huán)循環(huán)循環(huán)系統(tǒng)的新曲高度：赤道最高，中緯度其次是極地最低赤道緯度30N循環(huán)系統(tǒng)緯度3060N循環(huán)圈緯度6090N循環(huán)圈，1.1風(fēng)形成。6，季風(fēng)循環(huán)洋

3、流分布的作用：海洋熱容量大于陸地冬天，陸地比海洋冷，大陸氣壓高于海洋。壓力梯度力：大陸-海洋、西北風(fēng)；夏天：陸地比海洋熱，陸地壓力比海洋低。壓力梯度力：海洋-大陸。地球上5個風(fēng)帶，北半球?qū)ΨQ，北半球3個風(fēng)帶；夏天向北移動，冬天向南移動。冬季西風(fēng)帶的南端可以在夏季成為東風(fēng)帶。地形特征典型地是青藏高原、冬季和夏季的氣溫相對周圍變化很大。1 .風(fēng)能資源，1.1風(fēng)力的形成。7，局部循環(huán)海陸風(fēng)：由于大陸和海洋溫度差異的轉(zhuǎn)換，在海岸附近以1日為周期形成的海陸風(fēng)的形成原因與季風(fēng)相同，但日周期小，勢力微弱。山谷風(fēng)：山地附近的山坡因周圍空氣和熱量不同而形成白天，山腰受太陽熱很多，加熱的暖空氣繼續(xù)上升，山谷上方相

4、對冷空氣下沉補(bǔ)充，形成山谷風(fēng)循環(huán)。傍晚，山坡迅速冷卻，形成了相反的循環(huán)。1 .風(fēng)能資源，1.1風(fēng)力形成。8，1。風(fēng)能資源、測量位置測量位置的代表性選擇測量位置的風(fēng)狀態(tài)基本上應(yīng)表示相應(yīng)風(fēng)場的風(fēng)狀態(tài)；測量位置附近不能有高層建筑、樹等。與單個障礙物的距離必須是障礙物高度的3倍。與鋪路障礙物的距離必須至少是障礙物高度的10倍。測量位置必須是風(fēng)系主要風(fēng)向的風(fēng)向。根據(jù)曲面的復(fù)雜性測量位置數(shù)。，1.2測風(fēng)，9，1。風(fēng)能資源，測量參數(shù)風(fēng)速測量10分鐘平均風(fēng)速，用于風(fēng)能資源計(jì)算；10分鐘平均風(fēng)速獲得的時間平均風(fēng)速；最大風(fēng)速，每秒采樣一次的最大值用于風(fēng)向測量和風(fēng)速同時獲取使用的16扇區(qū)氣溫每小時采樣一次，大氣壓力

5、每小時采樣一次，用于記錄1.2風(fēng)力的測量，10，1。風(fēng)能資源，風(fēng)向圖是各種風(fēng)向的發(fā)生頻率，1.2風(fēng)力的測量，11，1。風(fēng)能資源，風(fēng)向圖，1.2風(fēng)能的測量，12，1。風(fēng)能資源，測量設(shè)備風(fēng)速計(jì)：風(fēng)速傳感器風(fēng)向傳感器數(shù)據(jù)收集器(3個月以下低溫儲存)大氣溫度計(jì)大氣壓力表測量儀校準(zhǔn)，1.2風(fēng)測量，13，1。風(fēng)力資源，測量設(shè)備安裝風(fēng)向塔結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)，30年來最大風(fēng)力沖擊表面的防腐蝕，1.2風(fēng)測量，14，1。風(fēng)能資源，IEC61400-12安裝要求，1.2測風(fēng)，15，1。風(fēng)能資源、風(fēng)能密度、風(fēng)速、風(fēng)速分布和空氣密度的影響，風(fēng)場的統(tǒng)一指標(biāo)風(fēng)向頻率和風(fēng)能密度方向分布風(fēng)速的日變化和年變化湍流強(qiáng)度0.10小，0.10

6、0.25中等，0.25太大。最大風(fēng)速(每3s采樣的最大風(fēng)速值)低溫(溫度：-30以下)其他、閃電、電線結(jié)冰、沙塵暴、鹽霧、1.3風(fēng)能資源評估的標(biāo)準(zhǔn)、16，1。風(fēng)能資源、平均風(fēng)力密度和有效風(fēng)力密度平均風(fēng)力密度：設(shè)置期間每小時風(fēng)力密度的平均值、評估1.3風(fēng)能資源的基準(zhǔn)、I記錄的風(fēng)速(m/s)、空氣密度(kg/m3)、有效風(fēng)力密度：風(fēng)速僅計(jì)算從風(fēng)速到截?cái)囡L(fēng)速的速度，17，風(fēng)力密度等級表，注：1。不同海拔的年平均風(fēng)速基準(zhǔn)值根據(jù)風(fēng)切變指數(shù)計(jì)算為1/7。2.根據(jù)海平面大氣壓和風(fēng)速頻率計(jì)算瑞利分布，與風(fēng)力密度上限相對應(yīng)的年平均風(fēng)速基準(zhǔn)值。，18，1。風(fēng)能資源、湍流強(qiáng)度(風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)偏差)計(jì)算、1.3風(fēng)能資源評估

7、的基準(zhǔn)、10分鐘風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)偏差10分鐘平均風(fēng)速m/s 10分鐘內(nèi)每秒采樣值、19，1。風(fēng)能資源，風(fēng)速的垂直傾斜：風(fēng)速隨海拔變化“風(fēng)廓線”風(fēng)速的頻率分布，1.4風(fēng)特性，20，1。風(fēng)能資源，引起風(fēng)速隨海拔變化而垂直變化的原因動力因素-地面摩擦效應(yīng)、地面粗糙度；熱因素-地層大氣垂直穩(wěn)定性的關(guān)系；大氣是中性的時候，主要的作用是動力因子。經(jīng)驗(yàn)公式：1.4風(fēng)的特性，高度h的風(fēng)速卡曼系數(shù)，摩擦速度為0.4的地面剪切應(yīng)力粗糙度參數(shù)，21，1。風(fēng)力資源，兩個高風(fēng)速的關(guān)系：1.4風(fēng)的特性，表面粗糙度指數(shù)是從不同高度測量風(fēng)得出的，如果不知道地面粗糙度，指數(shù)公式是，值變化1/15到1/4，最常用的1/7，即=0.144

8、，22，1。風(fēng)能資源，其他地形的粗糙度長度和粗糙度指數(shù)，1.4風(fēng)的特性，23，1。風(fēng)能資源，海拔變化系數(shù)，1.4風(fēng)的特性，24，1。風(fēng)能資源，風(fēng)頻率分布通常用風(fēng)速的頻率分布函數(shù)f(v)表示，模型通常是貝布爾分布，1.4風(fēng)的特性，a是大小參數(shù)K等于形狀參數(shù)K=2時的瑞利分布，25，1。風(fēng)能資源，1.4風(fēng)的特性，26，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，平坦地形應(yīng)在以下條件(Frost和Nowak) :在風(fēng)力發(fā)電園區(qū)11.5公里直徑范圍內(nèi)的任何一點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電廠和周邊地形的海拔高度差不應(yīng)大于60米。在風(fēng)力發(fā)電園區(qū)，風(fēng)向4公里，風(fēng)向0.8公里以內(nèi)。高度比超過1/50，風(fēng)向在4公里以內(nèi)，風(fēng)扇葉片底部是地面高度的

9、3倍，最大高度差為h，2.1概述，27，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，2.1概述，平坦地形必須滿足的條件，28，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，不規(guī)則地形對風(fēng)的流動風(fēng)剪切風(fēng)速隨高度的增加而變化，表面粗糙度的函數(shù)湍流葉片的尾流效應(yīng)大氣邊界層厚度(接近地面1000米的高度)，認(rèn)為氣流是自由的，不受干擾的，2.1概述。29，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，應(yīng)具有的信息風(fēng)數(shù)據(jù)地形信息(等高線)粗糙度信息風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率曲線地形表示1:000或1:0000的數(shù)字地圖在12個扇區(qū)中包含這些信息。2.1概述，30，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，粗糙度等級的概念粗糙度描述了一個區(qū)域的表面特征，指出用粗糙度等級或粗糙度長度包

10、裹一個區(qū)域的粗糙度線不能相交。典型的風(fēng)系需要根據(jù)輪轂高度和地形條件，在大約1020km的半徑范圍內(nèi)定義粗糙度。，2.2“粗糙度”(roughness)，31，2。復(fù)雜地形對風(fēng)屬性的影響，3公里處的粗糙度對風(fēng)扇力的影響，2.2粗糙度，32，2。復(fù)雜地形對風(fēng)屬性的影響，2.2粗糙度和表面屬性的對應(yīng)關(guān)系，33，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，2.2粗糙度防風(fēng)林帶高度對粗糙度等級的影響，34，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，2.2粗糙度長度與粗糙度等級的關(guān)系。35，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，障礙損失占2.3障礙風(fēng)速的百分比，36，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，2.3障礙物，固體障礙物附近的氣流形成湍流的范圍，

11、37，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，2.3障礙物，防風(fēng)林帶附近氣流形成的湍流，滲透性相關(guān)，38，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響、防風(fēng)林帶形態(tài)和滲透性的關(guān)系、2.3障礙物、障礙物表示W(wǎng)AsP將每個障礙物視為一個框，地圖中定義的位置、大小和滲透性、39，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響；2.3障礙物、障礙物和粗糙度的分隔；以下情況考慮為粗糙度，否則視為障礙物：將障礙物高度設(shè)置為h(風(fēng)扇輪轂高度刀片半徑)3h；風(fēng)扇與障礙物的距離為50h或風(fēng)扇輪轂高度為4h；風(fēng)扇與障礙物的距離為1000m。40，2。復(fù)雜地形對風(fēng)屬性的影響，必須使用“等高線”(height contour line)定義大約5-10公里半徑范圍，

12、以便氣流通過山時壓縮、風(fēng)速增加、2.4地形信息(orography)，41，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，氣流通過山時，位于小山丘上的WTG輸出增量與山丘頂圓半徑的關(guān)系，2.4地形信息，2.4地形信息，42，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響、2.4地形信息、2.4地形信息(orography)、WAsP極坐標(biāo)計(jì)算、原點(diǎn)計(jì)算精度高；43，2。復(fù)雜地形對風(fēng)特性的影響，RIX Ruggedness Index Riso的概念，陡峭系數(shù)在20%以內(nèi)的WAsP有效，2.4地形信息，2.4地形信息(orography)，44，3。風(fēng)能資源分析和評價方法、3.1基本方法、風(fēng)電場輸出估計(jì)/計(jì)算的兩種不同方法基本上基于

13、當(dāng)?shù)仫L(fēng)壓測量(12扇區(qū))的氣象數(shù)據(jù)和渦流分布。通過計(jì)算機(jī)模型(如Wind Atlas或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具)，下圖Lib文件需要數(shù)字地形說明。區(qū)域風(fēng)統(tǒng)計(jì)區(qū)域等高線粗糙度障礙物，45，3。風(fēng)電場風(fēng)能資源分析和評估方法，3.1基本方法，WAsP 2周：1。4輸入，生成風(fēng)地圖。標(biāo)準(zhǔn)條件下風(fēng)的概率分布，通常是威布爾分布。2.根據(jù)得到的風(fēng)向圖，與4個輸入一起，計(jì)算該點(diǎn)風(fēng)扇的理論年發(fā)電量?？梢哉业揭欢ǚ秶L(fēng)扇的最佳放置點(diǎn)。，46，3。風(fēng)電場風(fēng)能資源分析與評價方法，3.1基本方法，47，3。風(fēng)電場風(fēng)能資源分析與評估方法，3.2 WindPro對象簡介，48，3。風(fēng)電場風(fēng)能資源分析和評估方法，3.2 WindP

14、ro目標(biāo)簡介，計(jì)算結(jié)果為WAsP LIB文件或WindPRO wind statistic文件，49，3。風(fēng)電場風(fēng)能資源分析和評估方法3.2 WindPro對象簡介Site Data對象：Atlas和WAsP的接口和Resources的接口；根據(jù)應(yīng)用程序的不同，Site對象包括Atlas的：黑色、WAsP的藍(lán)色和Atlas WAsP的藍(lán)色，50，3。風(fēng)電場風(fēng)能資源分析和評估方法，3.2 WindPro對象簡介，Area對象，用途：等高線和粗糙度線result對象，wind resource map，51，3。風(fēng)能資源分析和評估方法wind resources steel pness regio

15、n line對象，獲取3.3風(fēng)資源數(shù)據(jù)，測量測量測量核心預(yù)測(MCP)的短期數(shù)據(jù)(roughness line)，52，3。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能資源分析和評估方法，3.3風(fēng)能資源數(shù)據(jù)獲取MCP，53，應(yīng)用條件：站點(diǎn)的短期數(shù)據(jù)與參考站的參考站數(shù)據(jù)更相關(guān)。相關(guān)意義：site數(shù)據(jù)和reference station數(shù)據(jù)相同的風(fēng)態(tài)質(zhì)量控制長期增減趨勢測量位置變更風(fēng)測量設(shè)備更換，3 .風(fēng)能資源分析和評價方法，獲取3.3風(fēng)能資源數(shù)據(jù)，54，3。風(fēng)能資源分析和評價方法，確認(rèn)小風(fēng)速和風(fēng)向變化是否一致，獲取3.3風(fēng)能資源數(shù)據(jù)，55，3。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能資源分析和評價方法，確認(rèn)大規(guī)模風(fēng)速和風(fēng)向變化是否一致，獲取3.3風(fēng)能資源數(shù)據(jù)，56，3。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能資源分析和評價方法，風(fēng)速線性關(guān)系分析，獲取3.3風(fēng)能資源數(shù)據(jù)，57，3。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能資源分析和評價方法，風(fēng)向變化分析，獲取3.3風(fēng)能資源數(shù)據(jù)，58，輸入：數(shù)字化地圖a digital roughness map地形信息Digitized Height Contour Lines障礙數(shù)據(jù)Local Obstacles區(qū)域中的風(fēng)