风资源基础知识

风资源基础知识2009.6.4概要一.风的形成二.风资源基础知识三.风能利用一.风的形成太阳辐射造成地球表明受热不均，引起大气层压力分布不均，在不均压力作用下，空气沿地球表面的运动就形成风。大气运动尺度大尺度——风能利用中尺度——微观选址微尺度——风载荷1.大气环流全球范围内空气沿一密闭轨迹的运动，是太阳辐射和地球自转作用下造成的一种大尺度运动。2.局地环流季风：以半年为周期改变盛行风向的风。夏季风：陆地温度高于海洋，陆地气压低于海洋，风从海洋吹向陆地。冬季风：相反。2.局地环流海陆风：以昼夜为周期改变盛行风向的风。海风：在低层，白天风由海面吹向陆地，称之海风。陆风：在低层，夜间风由陆地吹向海面，称之陆风。在高层，则相反——形成海陆风环流。2.局地环流山谷风：以昼夜为周期改变盛行风向的风。谷风：白天，风由山谷沿山坡向上吹。山风：夜间，风由山顶沿山坡向下吹。二.风资源基础知识1.平均风速2.风廓线—平均风速随高度变化3.年平均风速分布—长期风速变化4.湍流—短期风速变化5.极端风速6.风向玫瑰图1.平均风速风速时间历程曲线1.平均风速风速：单位时间内空气在水平方向上移动的距离。风速随时间和空间的变化是随机的。dttVtt21)(tt1V12平均风速2.风廓线—平均风速随高度变化对数律分布：)/ln()/ln()()(00ZZZZZVZVrrV(Z)Z高度处风速Z距地面高度Zr参考高度Zo地表面粗糙长度2.风廓线—平均风速随高度变化指数律分布：IEC61400:)()()(rrZZZVZVV(Z)Z高度处风速Z距地面高度Zr参考高度α风切变指数2.风廓线—平均风速随高度变化我国建筑结构载荷规范中将地貌分为A、B、C、D四类：A类：近海平面、海岸、沙漠α＝0.12B类：田野、乡村、丘陵、大城市郊区α＝0.16C类：有密集建筑群的城市市区α＝0.20D类：密集建筑群且建筑物较高的城市市区α＝0.30一般在离地面300～500m高度，风速才趋于常数。同样的风轮直径，α越小，上下风速差越小，对机组载荷越有利。3.年平均风速分布—长期风速变化年平均风速：以年为单位的平均值，多年测量取均值。aveV年平均风速分布：一年内不同风速累积小时数。威布尔分布：瑞利分布：（瑞利分布为威布尔分布在k＝2时的特例）])/(exp[1)(PWkCVV])2/(exp[1)(P2RaveVVV3.年平均风速分布—长期风速变化威布尔分布——累积分布曲线式中：k－形状参数（shapeparameter）C－尺度参数(scaleparameter)概率密度曲线])/(exp[1)(PWkCVV])/(exp[)()(p1WkkCVCVCkV3.年平均风速分布—长期风速变化3.年平均风速分布—长期风速变化4.湍流—短期风速变化4.湍流—短期风速变化湍流：10分钟内风速的随机变化。湍流强度：式中：σ－风速相对于10min平均风速的标准方差V—10min平均风速V/I5.极端风速极端风速：较长时间内（1年或50年）可能出现的最大风速（3s平均值或10min平均值）。概率问题。例：设计等级为III类的机组，就是在50年内，50年（N）一遇极端风速（3s平均值）超出52.5m/s的概率是0.02(1/N)。5.极端风速参考风速：用于确定风力发电机组设计等级的基本极端风速参数。如：机组设计等级为III类，对应参考风速为37.5m/s（10min平均值），亦即，轮毂高度承受的50年一遇极端风速（10min平均值）应小于或等于37.5m/s。6.风向玫瑰图三.风能利用1.风能的特点2.风功率密度3.风能密度4.风功率密度等级表5.中国有效风功率密度分布图1.风能的特点风能实质上是太阳能的转化形式。风能是一种无污染的可在生能源，取之不尽，用之不竭，分布广泛。风能的利用将改变人类长期依赖化石燃料和核燃料的局面。科学家预计：21世纪的最主要能源将是核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能和可燃冰。2.风功率密度风功率密度：与风向垂直的单位面积中风所具有的功率。式中：——平均风功率密度，；n——在设定时段内的记录数；——空气密度，；——第i记录的风速（m/s）值的立方。niivn13WP))((21DWPD2W/m3kg/m3iv3.风能密度风能密度：在设定时段与风向垂直的单位面积中风所具有的能量。式中：——风能密度，；m——风速区间数目；——空气密度，；——第j记录的风速（m/s）值的立方；——某扇区或全方位第j个风速区间的风速发生时间，h。mjjjtv13WE))((21DWED2/mhW）（3kg/m3jvjt4.风功率密度等级表