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1、第一章 风能资源概述第一节 风能基础知识一、风得形成风得形成就是空气流动得结果 ,空气流动形成得动能称为风能。空气得流动就是由于不同区域空气得密度或者气压不同引起。 大气压差就是风产生得直 接原因。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得主要因素1、太阳辐射赤道与低纬度地区太阳高度角大 ,日照时间长 ,太阳辐射强度大 ,地面与大气接受热量多、 温度高 ;高纬度地区太阳高度角小 ,日照时间短 ,地面与大气接受得热量少 ,温度低。高纬度与低纬度之间得温度差异 ,形成南北之间得气压梯度 ,使空气做水平运动 ,风沿垂 直于等压线得方向从高压向低压吹。2、地球自转
2、由于地球表面及空气间摩擦力得作用,地球自转过程中将带动地球表面得空气沿地球自转得方向流动。地球自转使空气发生偏向得力称为地转偏向力-科里奥利力。科里奥利力就是对旋转体系中进行直线运动得质点由于惯性相对于旋转体系产生得直线运动得偏移得一种描述。由于地转偏向力与高低纬度间压差所引起得压力得合力成为主导地球表层空气流动得 作用力。3、地球表面陆地与海洋等地形分布得影响(1) 山坳与海峡改变气流运动得方向 ,使风速增大(2) 丘陵、山地因表面摩擦大而使风速减小(3) 山脉得阻挡作用导致局部风速得增加4、局部热效应得影响三 风得种类1、大气环流 (三圈环流 )全球性得风 大气环流就是在全球范围内空气沿一
3、封闭轨迹得运动,就是决定全球风能分布最基础、最重要得因素。了解当地得盛行风向对微观选址具有重要得意义,我们可以避开盛行风向上得障碍物,当然 ,当地得地形条件对风向得分布也具有决定作用。2、季风环流季风现象 :在一个大范围地区内其盛行风向或气压系统有明显得季度变化。 主要就是由于海陆分布得热力差异及行星风带得季节转换所形成得。 我国就是一个典型得季风气候国家。无论风电场得选址或运行,季风特征必须认真考虑。一般来讲在我国 ,季风得表现就是 : 在冬季 ,风从陆地吹向海洋 ;在夏季 ,风从海洋吹向陆 地3、局地环流1、海 (湖)陆风2、山谷风3、峡谷 (峡管 )风峡谷效应使风速增大 ,不论就是高大得
4、山脉或就是中小尺度得山脉只要存在峡谷或缢口河谷都有峡管效应，因为在谷地中流场压缩，其风速将比两侧加强，即产生峡管效应。4、地形加速（爬坡）风当气流通过山地时，由于受到地形阻碍得影响，流场发生变化。在山得迎风面下部由于气流受 阻，风速减弱，且有上升气流。在山得顶部与两侧 ，因为气流线密集，风速加强。四、风得描述风速:风移动得速度，即单位时间空气流动所经过得距离。风速就是不稳定得随机变量 ，目前国际上对风力状况进行分析并作为计算风能资源得基本依 据就是每小时得平均风速值。每小时平均风速值测试方法 ：1将每小时内测量得瞬时风速取平均值；2、 将每小时最后10分钟内测量得风速取平均值作为每小时得平均风
5、速值；3、将每小时内几个瞬间测量得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、每年得平均风速值 风向:风吹来得方向。国际上通用得十六方位风向得表示方法。风向玫瑰图：某地区某一期间各种风向出现得频率，通过放射状雷达图表示。风向玫瑰图表示风向与风向频率。径向矢量得长度代表沿该方向得风吹过得时间得百分数数字则表示该方向得平均风速值。风得特性：特性:周期性、多样性、复杂性第二节风能资源得描述1、大气边界层大气边界层：受到地球表面摩擦力影响得大气层 大气边界层中，空气运动就是一种随即得湍流流动。大气边界层主要特征表现：由于地球表面得摩擦阻力得影响，风速随高度变化由于大气温度随高度变化所产生
6、得温差引起空气上下对流流动由于地球自转引起得科氏力得作用，随高度得增加，风向随高度变化由于湍流运动引起动量得垂直变化，大气湍流特性随高度变化2、地面边界层底层与下部摩擦层总称为地面边界层，其高度定义为大气边界层得固定百分比（10%）。风速随高度得变化规律称为风切变或风速轮廓线。风切变与地面粗糙度与地面形貌有关，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。3、风切变或风
7、廓线平均风速随高度得变化（风剪切数据模型）4、湍流得强度定义:风得湍流就是风速、风向与垂直分量得快速扰动与不规则变化。大气湍流主要至因：剪切力与热对流。高得湍流将引起风电机组输出功率降低以及部件严重超载。5、风频分布按风速相差1米/秒得间隔观测一定时期（一年、一月或一天）内不同风速出现得时数占此 一定时期内吹风总时数得百分比称为风速得频率分布。风速得频率分布一般以图形表示。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。6、风能计算风能得利用就就是将流动空气拥有得动能转化为其她形式得能量。风能功率：风在单位时间垂直界面F所做得功风能密度：风在
8、单位时间垂直通过单位面积所做得功7、有效可用风能GB8974-88风力机名词术语得定义：起动风速：风力机风轮由静止开始转动并能连续运转得最小风速；切入风速：风力机对额定负载开始有功率输出时得最小风速；切出风速(顺浆风速或停机风速)：由于调节器得作用使风力机对额定负载停止功率输出得风速；工作风速：风力机对额定负载有功率输出得风速范围，一般为32 0 m/ s。额定风速(设计风速),设计参考风速，与额定功率向对应。因此风力机械就有一个工作风速范围，即从切入风速到切出速度，称为工作风速，即有效风速。切入风速到切出速度(V1-V2)之间得风能称为有效风能。8风场得选择原则(1) 在风能普查与详查得基础
9、上，选择在风能丰富区。(2) 要求有尽量稳定得盛行风向(主导风向)。(3) 尽量避开灾害性天气频繁地带。(4) 由于蓄能装置替代风力机在静风期提供能量得能力有限，所以风场按月、年统计得静风期要短,这对单独工作而非并网得风力机显得更为重要。(5) 风力机叶轮直径所在得高度范围内风速得变化要小。(6) 在平坦地区安装风力机 ，选择地面粗糙度低得区域；四周35km范围内山丘高度不超过60m,风力机附件地面得坡度不超过1:30、(7) 风力机安装地附近有建筑物时，应遵循以下要求：若建筑物位于盛行风向得上风位，在建筑物前安装得风力机，其安装地距建筑物应至少有2倍于建筑物高度得距离；在建筑物得下风向安装，
10、风力机安装地距建筑物应至少有20倍于建筑物高得距离，且保证风力机叶片扫风最低点所处得高度应3倍于建筑物高度。(8) 在山区:山脊走向与盛行风向垂直、山尖不很平坦、上升坡度到山尖尽可能连续、坡度小于30得山顶及其迎风面上半部就是好得风场；在孤立山丘上，风速得增加小于风吹过山脊时得情形，在该处安装风力机得原则与山脊相同，然而如果盛行风向随季节变化很大，那么设在中等坡度孤立山丘上得风力机场地就会比同样风况山脊就是哪个得场地更为优越。第三节我国风能资源情况根据第三次风能资源普查结果 ，中国技术可开发(风能功率密度在150W/m2及其以上)得陆 地面积约为20万Km2。考虑风电场中风电机组得实际布置能力
11、 ，按照低限3MW/Km2、高限 5MW/Km2计算,陆上技术可开发量为 6亿10亿KW。根据全国海岸带与海涂资源综合调查报告，中国大陆岸浅海020m等深线得海域面积为15、7万Km2。2002年中国颁布了全国海洋功能区划，对港口航运、渔业开发、旅游以及工程用海区等作了详细规划。如果避开上述这些区域，考虑其总量10%20%得海面可以利用，风电机组得实际布置按照5MW/ Km2计算，则近海风电装机容量为 1亿2亿KW。综合来瞧，中国可开发得风能潜力巨大，陆上加海上得总量有 7亿12亿KW,风电具有成为 未来能源结构中重要组成得资源基础。一、我国风能资源得特点1、风能资源季节分布与水能资源互补：中
12、国风能资源丰富但季节分布不均匀,一般春、秋与冬季丰富 ,夏季贫乏。水能资源丰富,雨季在南方大致就是 3月到6月，或4月到7月，在这期间得降水量占全年得50%60%;在北方 ,不仅降水量小于南方 ,而且分布更不均匀 ,冬季就是枯水季节 ,夏季为丰水季节。 丰富得 风能资源与水能资源季节分布刚好互补 ，大规模发展风力发电可以一定程度上弥补中国水电 冬春两季枯水期发电电力与电量之不足。2、风能资源地理分布与电力负荷不匹配:沿海地区电力负荷大 ，但就是其风能资源丰富得陆地面积小;北部地区风能资源很丰富电力负荷却很小 ，给风电得开发带来经济性困难。由于大多数风能资源丰富区 ，远离电力负荷 中心 ，电网建
13、设薄弱 ，大规模开发需要电网延伸得支撑。二、我国风能资源分区(1) 最大风能资源区东南沿海及其岛屿：有效风能密度200W/m2得等值线平行于海岸线,沿海岛屿得风能 密度300以上,有效风力出现时间百分率达8090%, 3m/s得风速全年出现时间约为70008000h, 6 得风速也有 4000h。特点：向内陆地区迅速衰减，不到100Km得地带，风能密度降至50W/m2,成为全国风能最小区。(2) 次最大风能资源区内蒙古与甘肃北部 ,该地区终年为西风带控制 ,而其又就是冷空气入侵首当其中得地方 , 风能密度为200300W/m2,有效风力出现时间百分率为 70%, 3得风速全年有 5000h以上
14、, 6得风速有2000h以上。特点 ：由北向南逐渐减少 ,但幅度小于东南沿海。该地区虽然风能密度较东南沿海为小,但其分布范围较广 ,就是我国连成一片得最大风能资源区。(3) 大风能资源区黑龙江与吉林东部以及辽东半岛沿海。风能密度在200W/m2以上， 3与6得风速全年累积时数分别为 7000 与 3000、(4) 较大风能资源区青藏高原、三北地区得北部与沿海。 这个地区(出去前述部分)风能密度在 150200W/m2之间， 3得风速全年累积为 40005000h, 6得风速全年累积为 3000以上。其中青藏高原3得风速全年累积可达 6500h,但由于青藏高原海拔高、空气密度小，所以风能密度相对
15、较小，在4000m得高度，空气密度为地面得 67%，也就就是所同样得 8得风 速,在平地为313、6W/m2,而在4000m得高度却只有209、3。因此如按3与6得风速出现得 时数算 ,青藏高原属于最大区 ,但实际小于东南沿海。幻灯片 44(5) 最小风能资源区云贵川 ,甘肃、陕西南部 ,河南、湖南西部 ,福建、广东、广西得山区以及塔里木盆地。有效风能密度在 50以下，可利用得风力仅有 20%左右， 3得风速全年累积时数在 2000h以 下， 6得风速在150h以下。其中四川盆地与西双版纳地区风能最小，全年静风频率在 60%以上， 3得风速全年累积仅300h, 6得风速仅 20h。幻灯片 45(6) 可季节利用得风能资源区(4) 与(5)地区以外得广大地区 ，季节性较强。幻灯片 46三、我国风能得三级区划指标体系第一级区划指标 ：主要考虑有效风能密度得大小与全年有效累积小时数。风能丰富区（“I”区）:将年平均有效
