中国近海的风能资源资料精讲学习课件

1、An Introduction to Database Systems 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 1.1 1.1 中国近海的盛兴风中国近海的盛兴风 1.1.中国地理环境中国地理环境 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 1月2.2.盛行风盛行风 冬季和春季冬季和春季 冬季：渤黄海盛行西北风冬季：渤黄海盛行西北风 南黄海和东海盛行北或东北风南黄海和东海盛行北或东北风 南海盛行东北风南海盛行东北风 春季：渤海风向较乱春季：渤海风向较乱 黄海西北风黄海西北风 东海南海东北风东海南海东北风 第一章第一章 中国近

2、海的风能资源中国近海的风能资源 7月 台风台风“达维达维”台风台风“韦帕韦帕” 2.2.盛兴风盛兴风 夏季夏季 盛行西南风盛行西南风 秋季秋季 盛行偏北风盛行偏北风 台风影响：台风影响： 夏半年（夏半年（5-95-9月）月） 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 1.21.2 利用实测资料分析近海风能资源利用实测资料分析近海风能资源 1 1、近海风的观测手段、近海风的观测手段 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 2.2.测风塔资料处理和计算测风塔资料处理和计算 1)1)资料质量检验资料质量检验 观测数据连续，有效完整率达观测数据连续，有效完整率达90%90% 2

3、2）插补订正）插补订正 异塔风速订正异塔风速订正 同塔风速订正同塔风速订正 气象观测站风速订正气象观测站风速订正 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 3 3）平均风功率计算）平均风功率计算( (与风向垂直的单位面积中风所具有的功率与风向垂直的单位面积中风所具有的功率) ) 3 1 1 ( )() 2 n pi i D n P RT 其中其中 0.034() (353.05)exp z T T 平均风功率密度平均风功率密度W/mW/m p D 2 2 记录数记录数 空气密度空气密度 kg/mkg/m n 3 3 i 第第i i记录的风速记录的风速(m/s)(m/s)值值 P 年平

4、均气压年平均气压 R 气体常数气体常数 T开氏温度开氏温度z海拔高度海拔高度 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 平均风功率公式推导平均风功率公式推导 单位面积为单位面积为1 1平方米平方米, ,则时间则时间t t内吹过的空气体积为内吹过的空气体积为V=vt,V=vt,空气质量为空气质量为m= xV= m= xV= vt,vt,空气的动能为空气的动能为E=0.5mv2=0.5E=0.5mv2=0.5* * t t* *v3,v3,所以所以 3 1 1 ( )() 2 n pi i D n 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 有关风功率的计算例题有关风功率的计算例

5、题 每台风力发电机的功率为每台风力发电机的功率为40kw40kw，风的动能转化为电能的效率为，风的动能转化为电能的效率为20/10020/100，空气密，空气密 度是度是1.291.29千克每立方米，当地水平风速为千克每立方米，当地水平风速为10m/s10m/s问发电机叶片长度为多少才能满问发电机叶片长度为多少才能满 足设计要求？足设计要求？ 答：设半径为答：设半径为R R，则扇叶覆盖面积，则扇叶覆盖面积S=3.14R2,S=3.14R2,则时间则时间t t内吹过发电机的空气体积内吹过发电机的空气体积 为为V=Svt,V=Svt,空气质量为空气质量为m=1.29xV=1.29Svt,m=1.2

6、9xV=1.29Svt,空气的动能为空气的动能为 E=0.5mv2=0.5E=0.5mv2=0.5* *1.29St1.29St* *v3,v=10m/s,v3,v=10m/s,所以所以E=645St,E=645St,转化为的电能为转化为的电能为 e=0.2E=129St,e=0.2E=129St,所以所以P=e/t=129S=40kw=40000w,S=3.14R2,P=e/t=129S=40kw=40000w,S=3.14R2,最终的最终的R R约等于约等于 10m/s10m/s 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 3 3船舶气象观测特点船舶气象观测特点 观测要素观测要素

7、观测次数观测次数 观测高度观测高度 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 4.4.船舶气象观测资料质量控制船舶气象观测资料质量控制 1 1）资料一致性检验）资料一致性检验 2 2）极值检查）极值检查 5.5.中国近海的风速分布中国近海的风速分布 1 1月月 4 4月月 中国近海平均风速和风向（1950-2008） 7 7月月 1010月月 中 国 近 海 年 平 均 风 速 和 盛 行 风 向 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 6.6.风能计算和资源分布（风能计算和资源分布（通过计算通过计算WeibullWeibull参数计算风能）参数计算风能） 1 ( )()

8、exp () xx f x 33 (1) 2 12 expexp vv tN 2 1 31 12 ()exp () 2 exp () exp () v v e vv vdv vv 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 WeibullWeibull两参数估计通常使用的方法有最小二乘法、平均风速和标准差法、平均风速两参数估计通常使用的方法有最小二乘法、平均风速和标准差法、平均风速 和最大风速法。和最大风速法。 风功率密度计算要求使用风功率密度计算要求使用10min10min平均风速，而船舶测风一般为每天平均风速，而船舶测风一般为每天4 4次定时次定时2min2min平均平均 风速，所

9、以需要进行时次订正。风速，所以需要进行时次订正。 站名站名8号号潮连潮连 岛岛 嵊泗嵊泗大陈大陈 岛岛 台山台山平潭平潭上川上川 岛岛 涠洲涠洲 岛岛 西沙西沙珊瑚珊瑚 岛岛 比值0.960.980.960.980.970.940.920.940.960.94 10min与2min风速的比例参数 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 6.6.风能计算和风能计算和 资源分布资源分布 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 1.31.3近海风能资源数值模拟近海风能资源数值模拟 1.1.风能资源数值模拟现状风能资源数值模拟现状 丹麦：丹麦：WAsP WAsP 网格尺度网格尺

10、度2-5km2-5km 美国：美国：MesoMapMesoMap和和SiteWindSiteWind 中国：中国：WESTWEST 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 v“太阳能和风能资源评估太阳能和风能资源评估”项目，美国项目，美国NRELNREL对我国东部和近海对我国东部和近海 300300万平方千米进行了风能资源评估万平方千米进行了风能资源评估 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 2.2.中国气象局风能资源数值模拟系统中国气象局风能资源数值模拟系统“WERAS/CMA” 系统流程图系统流程图 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 3.3.中国

11、近海风能资源模拟中国近海风能资源模拟 近近 海海 70m70m 高高 度度 2020 年年 平平 均均 风风 速速 近近 海海 7070 m m 高高 度度 2020 年年 平平 均均 风风 功功 率率 1.4 QuikSCAT1.4 QuikSCAT卫星资料在近海风能资源评估中的应用卫星资料在近海风能资源评估中的应用 1.1.卫星测量海面风卫星测量海面风 1)20031)2003年，年，“太阳能和风能资源评估太阳能和风能资源评估”，采用，采用QuikSCATQuikSCAT卫星遥感资料作为全球海上风能卫星遥感资料作为全球海上风能 资源评估的基础数据。资源评估的基础数据。 2 2）2004-2

12、0062004-2006年，丹麦开发了合成孔径雷达（年，丹麦开发了合成孔径雷达（SARSAR）图像分析系统。）图像分析系统。 3 3）测风散射计采用主动微波遥感方式，可穿透云层，全天候测量距海平面）测风散射计采用主动微波遥感方式，可穿透云层，全天候测量距海平面10m10m高度的洋高度的洋 面风场。面风场。 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 2.QuikSCAT2.QuikSCAT洋面风场的探测原理和风场反演洋面风场的探测原理和风场反演 1 1）探测原理）探测原理 雷达方程雷达方程 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 0 2 34 ( , )( , ) ( ,

13、) (4 )( , ) r t t b G x y Gx y F x y PL Pdxdy Rx y 雷达横截面参数雷达横截面参数 * 21 00 2 0 ()( ,) 44 bctc GL P A PG A R R 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 订正订正 对于有云和降水条件下的测量值应进行校正。对于有云和降水条件下的测量值应进行校正。 校正方法：校正方法： QuikSCAT/Sea-WindsQuikSCAT/Sea-Winds卫星资料处理时，部分风矢量产品对降雨区进行了标准，卫星资料处理时，部分风矢量产品对降雨区进行了标准， 标注时多采用其他相近时间、空间的微波辐射仪

14、观测资料标注时多采用其他相近时间、空间的微波辐射仪观测资料 4*241 0 ctr A R GGG FR dA 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 2)2)风场反演风场反演 采用统计方法。困难：完全匹配很困难采用统计方法。困难：完全匹配很困难 解决办法：将一系列观测值带入概率密度函数得到最大似然方程。求得解决办法：将一系列观测值带入概率密度函数得到最大似然方程。求得“模糊模糊”的杨难免风场。假设每个的杨难免风场。假设每个 “模糊模糊”的洋面风场元素点与大于一个风测量单元空间距离外的风场存在相关性。的洋面风场元素点与大于一个风测量单元空间距离外的风场存在相关性。 风场中模糊值去除

15、：中值滤波法。风场中模糊值去除：中值滤波法。 准确度：准确度：97%97% 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 3.QuikSCAT3.QuikSCAT资料与近海实测资料比较资料与近海实测资料比较 1 1）上海测风塔对比）上海测风塔对比 洋面以上洋面以上70m70m，60m60m，50m50m的相关系数达的相关系数达0.990.99以上，以上，10m10m相关系数为相关系数为0.87.0.87. 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 2 2）渤海石油平台对比分析）渤海石油平台对比分析 风速标风速标 准方差准方差 风向风向 标准标准 方差方差 风速相风速相 关系数关

16、系数 风向风向 相关相关 系数系数 平均平均 风速风速 Weibull_Weibull_ 2005至至 2007年年 QuikSCAT 1.961.730.660.557.332.708.25 石油平台石油平台 6.332.267.16 结论：卫星与对应时间实测风速的分布形态基本结论：卫星与对应时间实测风速的分布形态基本 一致一致 3 3）青岛浮标站比较分析）青岛浮标站比较分析 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 5.QuikSCAT5.QuikSCAT卫星资料分析的中国近海资源分布卫星资料分析的中国近海资源分布 第一章第一章

17、 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 6.6.月有效平均风功率密度与盛行风向分布月有效平均风功率密度与盛行风向分布 1月 2月 3 3月月 4 4月月 5 5月月 6 6月月 7 7月月 8 8月月 9 9月月 1010月月 1111月月1212月月 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 7.7.小结小结 1 1）QuikSCATQuikSCAT比实测数据大，比实测数据大，QuikSCATQuikSCAT与实测数据相关性好，可以通过拟合的与实测数据相关性好，可以通过拟合的 方法订正卫星遥感风速。方法订正卫星遥感风速。 2 2）30 N30 N以南地区风能密度较高，其中台湾海峡是

18、中国近海风能密度最高区域；以南地区风能密度较高，其中台湾海峡是中国近海风能密度最高区域； 30 N30 N以北地区风能密度随纬度的增减递减，南海北部风能密度由东向西递减。以北地区风能密度随纬度的增减递减，南海北部风能密度由东向西递减。 。 。 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 1.51.5合成孔径雷达合成孔径雷达(SAR)(SAR)在海上风能资源评估中的应在海上风能资源评估中的应 用用 1.1.星载星载SARSAR测量海面风测量海面风 SARSAR的应用：海洋权益、资源调查、环境保护、防的应用：海洋权益、资源调查、环境保护、防 灾减灾和海洋科学研究灾减灾和海洋科学研究 分辨率

19、：分辨率：1km1km以上以上 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 2.ASAR2.ASAR图像反演海面风图像反演海面风 海面风场的反演是利用雷达后向散射图像根据经验的地球物理模型函数进行海面风场的反演是利用雷达后向散射图像根据经验的地球物理模型函数进行 0( ) ( )1( ,)cos( ,)cos2 r UABUCU v对于给定的对于给定的 ，如果风向已知，风速就可得到。，如果风向已知，风速就可得到。 0 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 风向的确定方法：风向的确定方法： 1 1）根据图像中条纹的排列进行推）根据图像中条纹的排列进行推 断断 2 2）根据地

20、（海）面点上的观测资）根据地（海）面点上的观测资 料向空间推广料向空间推广 3 3）利用数值模拟的风向结果。）利用数值模拟的风向结果。 东部近海东部近海2005.1.31 10m2005.1.31 10m高度风场反演结果高度风场反演结果 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 3 ASAR3 ASAR卫星遥感图像的挑选卫星遥感图像的挑选 对于海面风的物理繁衍，其理想的对于海面风的物理繁衍，其理想的ASARASAR图像挑选条件包括：图像挑选条件包括： 图像样本不受时间限制图像样本不受时间限制 卫星图像在空间上完全重叠卫星图像在空间上完全重叠 上千张以上的图像样本量上千张以上的图像样本

21、量 没有大气的影响没有大气的影响 海洋表面没有其他因素的影响海洋表面没有其他因素的影响 包含早上和晚包含早上和晚 上的图像上的图像 排除只覆盖给定区域边排除只覆盖给定区域边 缘的图像缘的图像 若预算允许，可以购买所有若预算允许，可以购买所有 能得到的图像，若预算有限能得到的图像，若预算有限 ，则应挑选，则应挑选200200张左右张左右 排除明显受降雨影响排除明显受降雨影响 的图像的图像 排除明显受海洋影排除明显受海洋影 响的图像响的图像 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 4.4.利用利用ASARASAR图像分析江苏到杭州湾的风能资源分布特征图像分析江苏到杭州湾的风能资源分布特

22、征 以江苏到杭州湾的沿海地区为例以江苏到杭州湾的沿海地区为例 江 苏 省 到 杭 州 湾 的 沿 海 区 域 ASAR 卫星 图像 的叠 加数 量分 布 江苏 盐城 至杭 州湾 近海 10m高 度的 风速 分布 江苏 盐城 至杭 州湾 近海 10m 高度 的风 功率 密度 分布 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 2.2.测风塔资料处理和计算测风塔资料处理和计算 1)1)资料质量检验资料质量检验 观测数据连续，有效完整率达观测数据连续，有效完整率达90%90% 2 2）插补订正）插补订正 异塔风速订正异塔风速订正 同塔风速订正同塔风速订正 气象观测站风速订正气象观测站风速订正

23、第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 有关风功率的计算例题有关风功率的计算例题 每台风力发电机的功率为每台风力发电机的功率为40kw40kw，风的动能转化为电能的效率为，风的动能转化为电能的效率为20/10020/100，空气密，空气密 度是度是1.291.29千克每立方米，当地水平风速为千克每立方米，当地水平风速为10m/s10m/s问发电机叶片长度为多少才能满问发电机叶片长度为多少才能满 足设计要求？足设计要求？ 答：设半径为答：设半径为R R，则扇叶覆盖面积，则扇叶覆盖面积S=3.14R2,S=3.14R2,则时间则时间t t内吹过发电机的空气体积内吹过发电机的空气体积 为

24、为V=Svt,V=Svt,空气质量为空气质量为m=1.29xV=1.29Svt,m=1.29xV=1.29Svt,空气的动能为空气的动能为 E=0.5mv2=0.5E=0.5mv2=0.5* *1.29St1.29St* *v3,v=10m/s,v3,v=10m/s,所以所以E=645St,E=645St,转化为的电能为转化为的电能为 e=0.2E=129St,e=0.2E=129St,所以所以P=e/t=129S=40kw=40000w,S=3.14R2,P=e/t=129S=40kw=40000w,S=3.14R2,最终的最终的R R约等于约等于 10m/s10m/s 第一章第一章 中国近海的风能资源中国近海的风能资源 1.31.3近海风能资源数值模拟近海风能资源数值模拟 1.1.风能资源