风资源培训讲义

二〇一二年八月1新能源设计研究院风能资源技术交流2风电项目前期工作第一部分风能基础知识第二部分我国季风特点第三部分中国地形的特点第四部分中国风资源分布第五部分影响风能的主要因素第六部分风电场宏观选址第七部分微观选址与产能345第一部：风能基础知识一、风的形成二、大气环流三、季风环流四、局地环流五、风能的优、缺点671.风的形成包括风能的大部分可再生能源的能量来自太阳，且储量丰富。1）由于太阳高度角，地球表面地理纬度，大气透明度等因素影响太阳辐射到地球表面的能量不均匀，从而产生温差和气压差，引起空气流动。2）由于受到地球自转的原因，从地面上观察，风的运动还受科里奥利力的作用。气压梯度力和科里奥利力是大尺度大气运动的主要原因。

科里奥利力是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。8从外太空看过去，红色椎体沿直线运动！

在自转的地球上看过去，红色椎体向运动的右侧偏移——地球参考系下，我们要加入额外的一个惯性力，地偏力！

二、大气环流（三圈环流）9赤道低气压带副热带高气压带副极地低气压带极地高气压带气压带和风带随太阳直射发生季节性变化，北半球是夏季北移，冬季南移大气环流是在全球范围内空气沿一封闭轨迹的运动，是决定全球风能分布最基础、最重要的因素。10了解当地的盛行风向对微观选址具有重要的意义，我们可以避开盛行风向上的障碍物，当然，当地的地形条件对风向的分布也具有决定作用。纬度90~60°N60~30°N30~0°N0~30°S30~60°S60~90°S风向NESWNESENWSE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的季度变化。主要是由于海陆分布的热力差异及行星风带的季节转换所形成的。我国是一个典型的季风气候国家。无论风电场的选址或运行，季风特征必须认真考虑。11三、季风环流12

一般来讲在我国，季风的表现是：在冬季，风从陆地吹向海洋；在夏季，风从海洋吹向陆地1、海（湖）陆风

13四、局地环流142、山谷风3、峡谷（峡管）风峡谷效应使风速增大，不论是高大的山脉或是中小尺度的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15

当气流通过山地时，由于受到地形阻碍的影响，流场发生变化。在山的迎风面下部由于气流受阻，风速减弱，且有上升气流。在山的顶部和两侧，因为气流线密集，风速加强。五、风能的优、缺点A、风能四大优点蕴量巨大；可以再生；分布广泛；没有污染。16B、风能三大弱点密度低；不稳定；地区差异大。第二部分中国季风的特点一、中国风特点二、冬季风三、春季风四、夏季风五、秋季风17一、中国风的特点由于我国位于地球最大的大陆－欧亚大陆东南部，太平洋西岸，西南距印度洋较近，气候受海陆热力差异非常显著，冬季来自亚洲大陆西伯利亚的冷空气从大陆吹向海洋，经过北方很快向南推进到江淮流域及南方各地。夏季风来自南太平洋和印度洋，我国受冬夏季风影响交替地域广，是世界上最典型的季风地区。18我国大部分地区属于季风区，冬夏季节盛行风向几乎完全相反，冬季蒙古高压位于亚洲内陆，我国冬季盛行的冬季风由此发源，其中一支经东北直奔西北太平洋的阿留申，因此我国东北和内蒙古地区冬季盛行偏北风，黄河中下游地区以北盛行西北风，长江中下游以南则盛行东北或偏北风，最后经过南海进入赤道辐合带之中。盛夏7月，大陆为热低气压所盘踞，气流从太平洋和南印度洋高压越赤道而来。前者风向一般为东南风，故称为东南（夏）季风，属于副热带季风性质，主要影响我国东部大陆，后者风向一般偏南或西南，称印度季风。印度季风主要影响我国西南地区，但盛夏副高北移控制长江中下游地区以后，华南沿海也受到印度季风控制和影响。19二、冬季风冬季（12月到第二年2月）整个亚洲大陆完全受蒙古高压控制，其中心位置在蒙古国西北部，从蒙古高压中不断有小股冷空气南下并进入我国，同时还有移动性高压不时南下，一次冷空气经过都会有5度以下的降温。如果日平均48小时内最大降温达到10度以上，称为一次寒潮，不符合这个标准称为一次冷空气。我国冬季盛行的冬季风由此发源，其中一支经东北直奔北太平洋的阿留申，因此我国东北和内蒙古地区冬季盛行偏北风，黄河中下游地区以北盛行西北风，长江中下游以南则盛行东北或偏北风，最后经过南海进入赤道辐合带之中。2021四、春季风春季（3－5月）是由冬季到夏季的过渡季节，因地面温度逐渐升高，从4月份开始，中、高纬度的蒙古高压已经明显减弱，而这时印度低压（大陆低压）及其向东北伸展的低压槽已控制了我国华南地区，与此同时太平洋副热带高压也由菲律宾向北逐渐侵入我国华南沿海一带。春季是我国气旋活动最多的季节，特别是我国东北和内蒙古一带气压活动频繁，仍以偏北风占优势，这也是三北地区资源丰富的原因之一。22五、夏季风夏季（6－8月）东亚地面气压分布形势与冬季完全相反，中高纬度的蒙古高压向北消退，而印度洋高压继续发展控制了亚洲大陆，为全年最盛行的季风；太平洋副热带高压向北扩展向大陆西伸，东亚大陆夏季天气变化基本受这两个气流强弱和相互作用的制约。随着太平洋副热带高压的西伸北跳，此高压西部为东南气流和西南气流带来了丰富的降雨，但由于高低压之间的压差小，风速也不大，因此夏季是全国风速最小的季节。夏季大陆为热低压，海上为高压，高低压之间的等压线在我国基本呈南北分布，所以夏季盛行偏南风。23六、秋季风秋季（9－10月）是夏季到冬季的过渡季节，这时印度洋高压和太平洋高压开始明显衰退，而中高纬度的蒙古高压又开始活跃起来，由于冬季风来得迅速，且稳定维持，不像春季、夏季风那样呈来回进退形式。此时，我国东南沿海已逐渐受到蒙古高压边缘影响，华南沿海由夏季的东南风转为东北风，三北地区已确立冬季风形式，各地多为稳定的偏北风，风速开始增大。24第三部分中国地形的特点一、中国主要山脉二、三级阶梯地形三、山脉走向25一、中国主要山脉26二、三级阶梯地形我国陆地地势西高东低，形成三级阶梯地。西南部青藏高原2百万平方公里，平均海拔在4千米以上，居于阶梯的最高层“世界屋脊”。青藏高原以东或以北，在大兴安岭、燕山、太行山、伏牛山、武当山、雪峰山（南北走向的山）以西大部分地区属于海拔1千米以上的高原和山地形成我国地势中的第二阶梯。此线以东是阶梯地的最底层，也是我国人口聚集、农业集中、经济发达地带。27中国地形图28三、山脉走向

我国内地地形十分复杂，不同尺度地形对不同尺度的气候有显著影响，东西走向的山脉往往是气候的分界线。例如：新疆中部的天山山脉是南疆和北疆分界线，也是中温带和暖温带的分界线；阴山山脉是畜牧地区和农业的分界线；秦岭山脉是南北气候的分界线，即暖温带和亚热带气候的分界线；南岭是另一条重要的南北气候气候分界线。29第四部分、中国的风资源分布一、中国风资源分布情况二、风能资源区划指标三、中国风资源区划分情况30一一、中国风资源分布情况

31323334二、风能资源区划指标项目丰富区较丰富区可利用区贫乏区年有效风功率密度(W/m2)≧200200～150150～50≦50风速≧3m/s的年累计小时数（h)≧50005000～40004000～2000≦20003510m高4类不同地形条件下风能功率密度和年平均风速对比项目城郊气象站(遮蔽)开阔平原风速(m/s)风能(W/m2)风速(m/s)风能(W/m2)丰富区>4.5>225>6.0>330较丰富区3.0～4.5155～2554.5～6.0255～330可利用区2.0～3.095～1153.0～4.5123～225贫乏区<2.0<95<3.0<123

平缓山丘及高山台地丰富区>6.5>372>7.0>425较丰富区5.0～6.5262～3725.5～7.0296～425可利用区3.5～5.0155～2624.0～5.5193～296贫乏区<3.5<155<4.0<1931、风能丰富区1）东南沿海、山东半岛和辽东半岛沿海区域，由于面临海洋风力较大。

2）三北部区，该区域是内陆风能资源最好的区域。3）松花江下游区，这一地区又处于峡谷中，北为小兴安岭，南有长白山，这一区域正好在喇叭口处，风速加大。36三、中国风资源区划分情况二、风能较丰富区1）东南沿海内陆和渤海沿海区，从汕头沿海岸向北，延东南沿海经江苏、山东、辽宁沿海到东北丹东。

2）三北的南部区，从东北图门江口区向西，延燕山北麓经河套穿河西走廊，过天山到新疆阿拉山口南，横穿三北中北部。

3）青藏高原区，由于空气密度低，地区经济发展等原因大部分区域不具备开发价值。37三、风能可利用区

1）两广沿海区，这一区域在南岭以南，包括福建海岸向内陆50-100km的地带。

2）大小兴安岭山地区。

3）中部地区，东北长白山开始向西过华北平原，经西北到中国最西端，贯穿中国东西的广大地区。38四、风能欠缺区1)川云贵和南岭地区，本地区以四川为中心，西为青藏高原，北为秦岭，南为大娄山，东面为巫山和武夷山等。

2)雅鲁藏布江和昌都区，雅鲁藏布江两侧为高山。

3)塔里木盆地西部区。39一、风速二、风向三、湍流强度四、地形五、风频分布40第五部分、影响风能的主要因素1、影响风功率的要素41

WKg/m3m2m/s功率=0.5×密度×扫风面积×速度3×Cp×CnP＝（ρ＊A＊V3

＊

Cp

＊Cn

）／2

PρAV3风速：单位时间内空气移动的距离。风速是决定风电项目开发的主要因素。因功率与风速的三次方成正比。以风速4米／秒的发电能力为一个单位，风速增加后倍数关系如下表：风速(m／s)4米5米6米7米8米9米风能增加（倍）11.953.385.368.0011.394243（1）平均风速，相应于有限时段，通常指二分钟或十分钟的平均风速。（3）最大风速，指在给定的时间段或某个期间里面，平均风速中的最大值。风电中常用的是10分钟平均最大风速；（4）极大风速，指在给定的时间段内，瞬时风速的最大值。风电中常用的是3秒钟的平均最大风速；44风向：

指风的来向。我国风向观测用十六个方位表示，即以正北为零度，顺时针每转过22.5°为一个方位。在欧美常用十二个方位来表示风向。

45风向玫瑰图风能玫瑰图湍流强度：是描述风速随时间和空间变化程度的参数。

湍流产生的主要原因：（1）气流流动时受到地表面粗糙度的摩擦或阻滞作用而产生湍流；（2）因空气密度差异或大气温度差异引起气流垂直运动而产生湍流。46

V－10分钟平均风速σ－10分钟平均风的标准偏差湍流强度增大会减小风力发电机组的风能利用率，同时增加风机的磨损。471、风速的日变化：一天之中，风速的大小是不同的.—地面（或海拔较低处）一般是白天风速高，夜间风速较低。—高空（或海拔较高处）则相反，夜间风强，白天风弱。其逆转的临界高度约为100~150m。2、风速的季节变化：大部分地区风的季节性变化规律是：春季最强，冬季次之，夏季最弱。48风速的日变化和年变化海拔高度空气湿度空气温度空气密度

？空气密度海拔高度变化空气温度变化空气湿度变化海拔高度对空气密度的影响

海拔高度增加，大气压力、平均温度、空气密度都下降。在其它条件不变时，3000米的海拔做功能力下降到73％（与零海拔比较）。标准空气密度为:1.225千克／立方米。一般情况下，海拔每增加100米，空气密度下降1％。50标准状况下海拔高度与气压、密度、湿度、温度对照表（标准大气压＝101325牛顿／平方米；密度＝1.225千克／立方米）海拔高度（m）0100020002500300040005000相对大气压力10.8810.7740.7240.6770.5910.514相对空气密度10.9030.8130.7700.7300.6530.583绝对湿度(g/m3)117.645.304.423.682.541.77平均温度（℃）201512.510551地形的影响入流角变化陡峭的山地：地形坡度比较大，机组距陡坡比较近导致入流角大、湍流大。平缓的地形：入流角小。52平均风速分布平均风速随时间和空间变化，但是平均风速的分布有一定的统计规律。在描述平均风速分布时，一般采用威布尔分布来描述。53

54内蒙古锡林郭勒盟年平均风速8.05新疆哈密年平均风速8.06案例：多伦与西场风速和风能频率比较55多伦50米高程年平均风速7.63米／秒西场50米高程年平均风速7.52米／秒一、风场宏观选址需考虑的问题二、风电场立塔测风三、测风数据处理56第六部分、风电场宏观选址一、风场宏观选址需考虑的问题

1、场址风资源情况是否优良？具备开发价值。

2、允许用地范围是否足够大？

3、接入电网条件如何？是否存在弃风可能？

4、地质情况如何？开发区域是否具有作业面？

5、交通状况如何，是否具备设备运输条件？

6、场址是否存在环境保护制约问题，是否存在文物、古迹、自然保护区等问题？

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7、极端天气条件，最高、最低温度、极大风速等？

8、场址是否涉及军事敏感用地？

9、场址是否存在矿产压覆问题？

10、施工用水、用电条件如何？

11、场区是否存在较多的耕地、林地？

12、地形情况如何？

13、地方政府的风电开发许可及支持程度。58二、风电场立塔测风1、风电场测风是否具备较好的开发价值2、测风是否取得了相关行政主管部门和地方政府的许可3、需要的测风塔数量4、测风塔的位置、高度、设备选择5、测风塔所在地区的通讯条件6、测风塔所在地的建设条件7、测风塔的用地许可和安全8、测风塔的数据采集和分析59测风塔数量选择规划区域内测风塔数量根据风场规模和地形复杂程度而定。1）一般来说，具有均匀粗糙度的平坦地形50～100平方公里范围考虑在场中央安装1个测风塔即可。60如果场区内地表粗糙度在中间衔接发生急剧变化，测风塔应避开此类地区，在地表粗糙度变化前和变化后分别安装测风塔2）丘陵及山地地形30～40平方公里范围考虑1个测风塔。对于复杂地形，隆升地形气流在盛行风向吹向隆升地形时，山脚风速最小，山顶风速最大，地形特征选在风机实际可能位置。613）对于低凹地形如峡谷内，当盛行风向与低凹地形的走向一致时，低凹地形内的气流被加速，适宜建设风电场。如果盛行风向与山谷走向不一致，谷内的气流变化复杂导致湍流增大，这样的区域不宜建设风电场。所以，在这个地形条件下测风塔应设在低凹地形盛行风向的上风入口处，测风数据才具有代表性62

地形环境选择隆升地形63狭口地形

狭管地形64测量仪器风速的测量一般采用风杯式风速计，这种风速计一般由一个垂直方向的旋转轴和三个风杯组成，风杯式风速计的转速可以反映风速的大小。一般情况下，风速计与风向标配合使用，可以记录风速和风向数据，机械式测风仪器的优点在于可靠性高，成本低。但同时也存在机械轴承磨损的情况，因此需要定期检测甚至更换。另外，在结冰地区，需要安装加热设备防止仪器结冰。6566非接触式的超声波和激光风速计。超声波风速计通过检测声波的相位变化来记录风速；激光风速计可以检测空气分子反射的相干光波。这些非机械式风速仪的优点在于受结冰天气（气候）的影响较小。非接触式风速计的缺点是用电量较大，和价格昂贵。三、测风数据处理常见测风数据处理软件67测风塔测风仪采集的数据一般通过无线通讯（GSM,GPRS/CDMA），卫星，短波等方式进行数据传输。在没用无线通讯信号的地方则采取现场取数据的方法。国标规定现场测量、收集数据应至少连续进行一年，并保证采集的有效数据完整率达到90%以上。68数据收集、分析、处理的时段最长不宜超过一个月。收集的测量数据应作为原始资料正本保存，用复制件进行数据分析和整理。对收集的数据进行初步判断，判断数据是否在合理的范围内；判断不同高度的测量记录相关性是否合理；判断测量参数连续变化趋势是否合理，发现数据缺漏和失真时，应立即认真检查测风设备，及时进行设备检修或更换，并应对缺漏和失真数据说明原因。69四

、中国主要山脉风向70局地风向71五、运输道路的确定72转弯半径的计算公式

R－转弯半径

C－弦长

H－弦高

一般情况，转弯半径R取车辆总长度的0.8－1.0倍第七部分微观选址与产能如何做好微观选址73一、做好风机微观选址二、产能评估三、产生误差的原因四、影响产能分析的因素五、微观选址需考虑的问题六、微观选址工作一、做好风机微观选址微观选址目的：7485%100%70%50%A、产能最大化最大限度地利用风能确保风机服役期间最大产能B、风险最小化解决疲劳荷载及过载问题确保风在服役期间的安全二、风险回避75塔筒极端荷载超载76

叶片超速和应力破坏塔筒极端荷载超载77基础极端荷载超载叶片遭破坏78场内电网遭台风破坏地震灾害叶片遭受雷击二、产能评估79三、产生误差的原因801、风资源预测可能产生偏差原因分析风杆安装高度不够误差，10%；风杆位置不具有典型性，15%；风杆只有半年的风数据，20%；风速仪安装前没有做校准，15%；没有与长期风数据做相关性分析，20年内误差20%；

81整体误差＝1-（1-10%）*（1-15%）*（1-20%）*（1-15%）*（1-20%）=58%2、降低误差采取的措施风杆安装高度和轮毂高度接近，降低误差3%；多立一个风杆，能够代表整个风场，降低误差3%风杆有一整年的风数据，降低误差4%；风速仪安装前全部做校准，降低误差2%；使用前，与长期风数据做相关性分析，20年内误差3%；82整体误差=1-（1-3%）*（1-3%）*（1-4%）*（1-2%）*（1-3%）=14%是否应该为投资5亿元的项目节省15万元的测风？复杂地形主导风向83手表定理:仅有一只表时，可以知道现在是几点钟，而当有两只或更多手表时却无法确定。

900米2000米四、影响产能分析的因素1、地表粗糙度2、现场风测量的准确性3、长期风速预测的准确性4、模拟地形数据精度和分辨率的准确性5、风流体模型的准确性6、阵列损失模拟的准确性7、功率曲线的准确性84粗糙度地图的代表性：是否进行过现场考察确认最小化未知因素地图上的森林位置是否准确树林的生长率是否模拟正确土地的植被每年的变化率粗糙度的季节变化背景地图细节的准确性背景地图的覆盖程度地形数据的精度和准确性地形图的准确性和精度测风仪相对于风机的位置测风塔到风机位置的距离85长期风速预测的参考站相关性参考站的测风塔位置、仪器和记录仪的连续性同期参考数据的准确性测风塔和气象站时间记录的匹配程度测