风资源评估知识

1、风资源评估相关知识 广东明阳风电产业集团有限公司 一、风资源评估基础知识 二、风电机组选型 三、宏观与微观选址 一、风资源评估基础知识 1.风是怎么形成的？ 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，压力的分布不均，导 致大气的相对运动，从而产生的风。 大气的运动主要有大气环流和局地环流 两种。 一、风资源评估基础知识 2.风资源评估的一些基本概念（术语） 平均风速 风廓线 年平均风速分布 湍流 极端风速 风向、风能玫瑰图 风功率密度 风能密度 一、风资源评估基础知识 平均风速 大气随时间和空间是随机变化的，对于风电行业 来说我们关注的是大气沿水平方向的运动。 风速（水平风速）：

2、单位时间内空气在水平方向 上移动的距离。 平均风速-一定时间段内风速变化的平均值，其 计算公式为 ： 年平均风速Vave-以年为时间单位的风速变化 的平均值。 dttV t t 2 1 )( tt 1 V 12 一、风资源评估基础知识 一、风资源评估基础知识 风廓线 因为气体的粘性及地表粗糙度的不同，风速沿高度方 向是变化的，其变化符合一定的规律。 目前常用表征风廓线分布规律的有对数律分布和指数 律分布两种，IEC 61400采用的是指数律分布。 指数律分布：指数律分布：对数律分布：对数律分布： V(Z) Z高度处风速 Z 距地面高度 Zr 参考高度 风切变指数 V(Z) Z高度处风速 Z 距

3、地面高度 Zr 参考高度 Zo 地表面粗糙长度 )( )( )( rr Z Z ZV ZV )/ln( )/ln( )( )( 0 0 ZZ ZZ ZV ZV rr 一、风资源评估基础知识 年平均风速分布 年平均风速分布：一年内不同风速累积小时数。 （一种统计分析方法） 表征年平均风速分布的有威布尔分布曲线、瑞 利分布曲线和概率密度曲线等方式。 威布尔分布： 式中： k形状参数（shape parameter） C尺度参数(scale parameter) )/(exp1)(P W k CVV 一、风资源评估基础知识 瑞利分布： （瑞利分布是威布尔分布的取k=2的一个特例） 概率密度曲线： )

4、2/(exp1)(P 2 Rave VVV )/(exp)()(p 1 W kk CV C V C k V 一、风资源评估基础知识 一、风资源评估基础知识 湍流 短时间（风资源评估中一般取10分钟）内的风速波动。 湍流强度： 式中： 风速相对于10min平均风速的标准方差 V10min平均风速 湍流产生原因主要有两个： 1.当空气流动时，由于地形地貌差异（例如山峰、森林） 造成的与地表的“摩擦”； 2.由于空气密度差异和气温变化的热效应导致空气气团 垂直运动。 VI/ 一、风资源评估基础知识 极端风速 较长时间内给定取样时间下风速的最大值。 风电行业表征极端风速的方式有最大风速和极大风速两种。

5、 最大风速-给定时段内的10分钟平均风速的最大值。 极大风速-给定时段内的瞬时（一般取3s均值）风速的 最大值。 风电行业通常所说的50年一遇极端风速是基于历史统计数 据得出的一个统计数值，这其中引入了概率的概念。 例如： 设计等级为IEC 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)。 一、风资源评估基础知识 风向、风能玫瑰图 风向玫瑰图-在极坐标图上绘出给定地在一年中各种 风向出现的频率。因图形与玫瑰花朵相似，故名取名玫瑰 图。 风能玫瑰图-在极坐标图上绘出给定地在一年中各方 向风能值的统计图。 风向玫瑰图和风能玫瑰图

6、在我们后期微观选址中是非 常有用的。 0? 22.5? 45? 67.5? 90? 112.5? 135? 157.5? 180? 202.5? 225? 247.5? 270? 292.5? 315? 337.5? 0% calm 8% 16% 24% 0? 22.5? 45? 67.5? 90? 112.5? 135? 157.5? 180? 202.5? 225? 247.5? 270? 292.5? 315? 337.5? 8% 16% 24% 一、风资源评估基础知识 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： Dwp平均风功率密度； n 在设定时段内的记录数； 空气密

7、度； i第i次记录的风速值。 n i iv n 1 3 WP )( 2 1 D 一、风资源评估基础知识 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： DWE风能密度； m 在设定时间段内的记录数； 空气密度； j 第j次记录的风速； tj第j次记录风速发生时间 m j j j t v 1 3 WE )( 2 1 D 1.风机选型的依据-IEC标准 二、 其中： Vave-长年代（代表年）平均风速； Vref-参考风速，即50年一遇最大风速； Iref 、 I15 -平均风速在15m/s区间的湍流强度特征值 二、 在风电场选型之前，我们需要确定风电场的 等级，再选择合适等级

8、的机组。 机型选择的一般原则： 1.风电机组等级应高于或等于风电场等级； 2.尽量选用单机容量较大的机组； 3.尽量选用较大的叶轮直径； 4.陆上风机应选择较高的塔架，海上则相反。 三、宏观与微观选址 宏观选址 风电场宏观选址即风电场场址选择。是在一个较大 的地区内，通过对若干场址的风能资源和其它建设条件 的分析和比较，确定风电场的建设地点、开发价值、开 发策略和开发步骤的过程，是企业能否通过开发风电场 获取经济利益的关键所在。 影响宏观选址的因素有：风能资源（最主要影响因 素）和其它相关气候条件、地形和交通运输、工程地质、 接入系统、海洋水文（海上风机）、社会政治和经济技 术因素。 三、宏观

9、与微观选址 宏观选址基本原则 1）、风能资源丰富，风能质量好 2）、符合国家产业政策和地区发展规划 3）、满足联网要求 4）、具备交通运输和施工安装条件 5）、保证工程安全 6）、满足环境保护的要求 7）、满足投资回报要求 三、宏观与微观选址 备选场址的确定 在一个较大范围内，如全国或一个省，一个县 或一个电网辖区内，确定几个可能建设风电场的区 域。 寻找备选场址的途径：已建风电场周围；向专 业部门或专业人员咨询；国家风能资源分布图 对较小范围（如一个省或是市县），我们就需 要借助地形地貌特征（例如走向和主风向平行的隘 口和峡谷）来进行场址的选取了。当然我们也可以 利用CFD工具来进行模拟。

10、三、宏观与微观选址 在前面我们主要考虑的是风能资源大小， 我们还必须考虑： 土地的可用性 地形地貌、地质 交通运输 电网情况 初步确定测风塔的位置 以上这些工作就需要我们进行实地考察。 三、宏观与微观选址 考察风能的大小，主要通过： 咨询当地气象部门，并搜集相关气象资料。 听取当地居民的描述 察看有无风成地貌 通过考察以后，综合风能资源和其它建设条件，排除 那些不具备一项或多项建设条件的地点，如风能很小、接 入系统造价很高甚至无法解决等，即可确定若干个备选场 址，转入下一步工作：风能资源测量。 风能资源测量，参考国家标准GB/T18709-2002风电 场风能资源测量方法 三、宏观与微观选址

11、测风需严谨、认真对待。 安装、检测报告，有人值守，检修记录， 一年以上测风 测风完成后，认真仔细评估，确定项目地 点、范围和容量 开始着手微观选址及相关设计与勘查 三、宏观与微观选址 微观选址 风电机组具体位置的选择和确定。 其主要目的是通过对若干方案的技术经济比较，确定风电场风电机 组的布置方案，使风电场获得较好的发电量，达到最佳的收益。 风电场微观选址的影响因素有很多，风能资源分布情况当然是最主 要的，同时要考虑运输、耕地、林地、坟地、民居、雷达站、信号塔、 地质情况和损耗等多重因素。 微观选址的基本原则： 1）根据风向和风能玫瑰图，使风机间距满足发电量较大，尾流影 响较小为原则。 三、宏观与微观选址 2）风电机的布置应根据地形条件，充分利用风电场的土地和地形， 恰当选择机组之间的行距和列距，尽量减少尾流影响，并结合当地的 交通运输和安装条件选择机位。 3）考虑风电场的送变电方案、运输和安装条件，力求输电线路长 度较短，运输和安装方便。不宜过分分散，便于管理，节省土地，充 分利用风力资源。 借鉴国内外经验，掌握基本方法和原则，总结规律 三、宏观与微观选址 风电机组的布置和发电量的计算，一般都借助于WAsP、 WindFarmer、WindSim、WT和WindPR