风与风资源基础知识

一 、风 风的形成
•地形加速（爬坡）风 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。
一 、风 风速和风向
在气象上，风常指 空气的水平运动，并用 风向、风速（或风力） 来表示。风向指风的來 向，一般用16个方位 （国际通用）或360度 來表示。以360度表示 时，由北起按顺时针方 向量度。风速（或风力） 指的是单位时间內空气 的移动距离，常以米/秒、 公里/小时、海里/小时 來表示。
吹过山顶的气流在一定高度上 不是水平的，与水平方向呈一定角 度，如果风力发电机组安装在山顶 坡附近，并且塔架高度也没有高出 斜向上的气流范围，那么吹到机组 叶轮平面的气流必定不是垂直于机 组叶轮平面的。影响机组的入流角 度。
二、风能资源
尾声：
本课程就讲到这里，如果有什么问题， 欢迎大家踊跃的提出来，我们共同探讨。 同时也希望各位在各自的工作岗位上能 像雄鹰一样自由的翱翔。
一 、风 风力等级表
注：本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值
一 、风 风的特性
• 风的日变化 地面上是夜间风弱，白天风强；高空中却是夜里风强，白天风弱。在沿海 地区，白天产生海风，夜晚产生陆风。 • 风的季节变化 由于在不同的季节，太阳和地球的相对位置不同，使地球上存在季节性温 度变化，因此，风也会产生季节性变化规律。
谢 谢 大 家！
一 、风 风的形成
• 山谷风 谷风：由于热力原因引起的 白天由谷地吹向平原或山坡 山风：夜间由平原或山坡 吹向谷地
一 、风 风的形成
• 海陆风 海风：在沿海地区，白天由于陆地与海洋的温度差而形成海风吹向陆地 陆风：晚上陆风吹向海上
一 、风 风的形成
• 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。
二、风能资源
二、风能资源
复杂地形可导致机组的入流角大于机组设计允许的角度。
二、风能资源
当风气流水平吹到山脚下时底层气 流受到山势坡度影响，开始密集同时风 速变大，底层气流的方向也随山势倾斜 向上流动。风的高层气流继续保持水平 方向。此时，风的轮廓线从底部发生变 化，底部风速开始变大。当风的气流来 到山腰处时，风的底层气流更加密集， 随山势坡度而上的风速变的更大，垂直 方向的范围进一步扩大。风速轮廓线呈 L形变化。当风气流刚刚到达山顶时， 在一定垂直高度上风速呈一定的凹凸状 分布，在一定高度上气流由于受先前的 山势影响与水平方向呈一定的角度，这 样的气流经过较长一段距离后开始恢复 成水平方向。
一 、风
北纬30度至60 度之间的大气 环流系统 北纬60度 至北极之 间的大气 环流系统
赤道与 南北纬 30度之 间的大 气环流 系统
全球大气环流示意
一 、风
地球在自转， 使空气水平运动发 生偏向的力，称为 地转偏向力，这种 力使北半球气流向 右偏转，南半球向 右偏转，所以地球 大气运动除受气压 梯度力外，还要受 地转偏向力的影响。 大气真实运动是这 两力综合影响的结 果。
一 、风
风速随高度的变化
大气层的构成：
风随高度的变化：
h n Vw (h) Vwi ( ) hi
Vw（h）—— 距地面高度为h处的风速，m/s Vwi —— 高度为hi处的风速，m/s n —— 经验指数，取决于大气稳定度和地面粗糙度，其值约为1/2～1/8。
一 、风
一 、风
地面粗糙度
地面情况 光滑地面、海洋 低草 城市平地、高草或岩石表 面 高的农作物、篱笆 树木多、建筑物少 城市有高层建筑
二、风能资源 风能的特点
四大优点：1)蕴量巨大；2)可以再生；3)分布广泛；4)没有污染。 三大缺点 ： 1)密度低 由于风能来源于空气的流动，而空气的密度是很小的，因此风力的能量密 度也很小，只有水力的1/1000。
2）不稳定 由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季变化以至年际的变化都十分 明显，波动很大，极不稳定。 3）地区差异大 由于地理位置和地形的影响，风力的地区差异非常明显。即使在一个邻近的 区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。

风剪切 湍流 叶片的尾流效应 机组的入流角
二、风能资源
二、风能资源
地形越复杂，地形的高 度坡度越大，风资源的 状况也复杂。
二、风能资源
二、风能资源
二、风能资源
测风塔70m
风机轮毂高度也为70m
实发电量3000h 该风廓线特点下，能否用70m高度数据进行评估电量？
二、风能资源
平坦地形应符合下列条件:

在风电场四周11.5km直径范围内任一点，风 电场与周围地形的高差不大于60m

在风电场上风向4km和下风向0.8km内的山 丘，其高宽比不大于1/50
R hH 3h

在上风向4km范围内，风机叶片下端离地的 高度大于3倍最大高差h
h 4km
二、风能资源
复杂地形及障碍物会改变风的流态 ：
二、风能资源 风能的密度
风能密度：是气流在单位时间内垂直通过单位面积的风能 W＝0.5ρV3 瓦/米2 平均风能密度： 有效风能密度： W＝1/T∫0.5ρV3dt W＝∫0.5ρV3P(v)dv
P(v)――有效风速范围内的条件概率分布密度函数 年风能可利用时间： 指一年之中可以运行在有效的风速范围内的时间 t＝N{exp[-(V1/c)k]－exp[-(V2/c)k]} N为全年的小时数，V1为启动风速，V2为停机风速，C、K为威布 尔分布的两个参数。
湍流强度
V－10分钟平均风速

V
IT

V
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。IT 值在0.10或以下表示湍流相对较小，中等程度湍流的IT值为0.10~0.25，更高的IT 值表明湍流过大。
二、风能资源
不同强度的湍流风况
二、风能资源 地形对风资源的影响
二、风能资源 风速的分布
风速v的威布尔分布概率密度函数表达为：
k k v k 1 v f (v) ( ) exp c c c
二、风能资源 风的湍流
湍流强度：标准风速偏差与平均风速的比率，是描述风速随时间和空间变化的程 度，反映脉动风速的相对强度。 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。
WSW
5
W
1
WNW
2
NW
3
NNW
风向
平均风 向频率
5
7
5
3
1
1
1
1
二、风能资源 风向的频率
以极座标形式表示的风向频率图叫风向玫瑰图。
WNW NW 7.3% ENE N NNW 14.5% NNE NE
W
0.0%
E
WSW SW SSW S SSE SE
ESE
二、风能资源 风速的频率
风速的重复性，指一个月或一年的周期中发生相同风速的时数，占这 段时间刮风总时数的百分比。一般风速频率分布呈威布尔曲线分布。 将风速频率乘以全年小时数，即得到一年中某一风速的小时数。
粗糙度 0.10 0.14 0.16 0.20 0.22~0.24 0.40
二、风能资源 风能
风能是一种无污染的、最具活力的可再生能源，它取之不尽，用之 不竭，分布广泛。 世界风能总量为2Xl013W， 大约是世界总能耗的3倍。如 果风能的1%被利用，则可以 减少世界3%的能源消耗;风能 用于发电，可产生世界总电量 的8%~9%。
二、风能资源 风向的频率
将一段时间内风向观测的次数按方位分类统计，然后以每一方位的 观测次数，除以该段时间内观测的总次数，再乘以100即得到各种风向 的风向频率。 福建省东山站（1955~1980年）历年平均风向频率 风向
平均风 向频率
N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
2
S
11
SSW
26
SW
22
风与风资源Leabharlann Baidu础知识
授课： *** 编订： 孙伟 修改：*** 金风大学运维学院 2016年1月29日
课程目录
一 、风 二 、风能资源
一 、风 风的形成
地球上任何地方都在 吸收太阳的热量，但是由 于地面每个部位受热的不 均匀性，空气的冷暖程度 就不一样，于是暖空气膨 胀变轻后上升；冷空气冷 却变重后下降，这样冷暖 空气便产生流动，形成了 风。而且由于地球自转、 公转的力量及地形之不同 也更加强风力和风向之变 化多端。 地球表面风的形成和风向 • 风是一个矢量，既有大小又有 方向。 • 描述风况的两个参数：风向、风速。
二、风能资源 翻山地形及翻山风
二、风能资源 翻山风
二、风能资源 流体力学软件仿真情况
二、风能资源
尾流效应造成的能量损失可能对风电场的经济性有着重要的影响。美国加州 风电场的运行经验表明，尾流造成损失的典型值是10%；根据地形地貌、机组间 的距离和风的湍流强度不同，尾流损失最小是2%，最大可达30%。