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[风能] 风能资源统计与计算

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发表于 2010-6-4 23:20:30 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国江苏南京

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风能资源统计与计算——风能可利用时间
$ p1 u2 e2 _$ m: D4 K2 K在风速概率分布确定以后,还可以计算风能的可利用时间。有效风力范围内的风能可利用时间可以由下式求得 :      6 i; @0 ~' v( ~" }- L/ }% s

# ~' A) x% l& [: P6 l* `# f& H
http://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898163227899.jpg
( `0 m. O2 E% h$ O+ E, h由上可知,只要给定了威布尔分布参数ck之后,平均风功率密度、有效风功率密度,风能可利用小时数都可以方便地求得。另外,知道了分布参数ck,风速的分布型式便给定了,具体风力发电机组设计的各个参数同样可以加以决定,而毋须逐一查阅和重新统计所有的风速观测资料。它无疑给实际使用带来许多方便。一些研究结果还表明,威布尔分布不仅可用于拟合地面风速分布,也可用于拟合高层风速分布。其参数在近地层中随高度的变化很有规律。当我们知道了一个高度风速的威布尔分布参数,便不难根据这种规律求出近地层中任意高度风速的威布尔分布参数。由于这些特点,使得用威布尔分布拟合风速频率分布较之用其它分布拟合更为方便。4 W- s0 P- H- ~9 g/ T% g

) ]& C# z. Y7 y. ]风能资源统计与计算——风能密度
7 b% w4 E- ?: R3 u* |6 q平均风能密度5 W/ m+ p8 T8 Q( X1 \+ Z
http://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898162817161.jpg
1 G- p$ j( l: `3 X0 _3 Y* f有效风速和有效风能密度" ]0 f5 B0 |  S: K+ U
风力机械要根据当地的风况确定一个风速来确定风力机的额定功率,该风速称为“设计风速”或“额定风速”,它与“额定功率”相对应。由于风的随机性的不稳定,风力机械不可能始终在额定风速下运行。因此风力机械就有一个工作风速范围,即从切入风速到切出速度,称为工作风速,即有效风速。切入风速到切出速度(V1-V2)之间的风能称为有效风能。依此计算的风能密度称为有效风能密度。0 n/ q- h+ ^0 A7 c; i& E9 H( `
根据国标 GB8974-88风力机名词术语的定义:2 ?# x9 G; r) ~4 k
起动风速:风力机风轮由静止开始转动并能连续运转的最小风速;
7 T- y; m3 U5 v, R, ~5 ^! v8 Q1 i切入风速:风力机对额定负载开始有功率输出时的最小风速;) c- D+ J5 F# p5 r
切出风速:由于调节器的作用使风力机对额定负载停止功率输出的风速;
7 |7 d3 G( L! p2 v/ j9 _工作风速:风力机对额定负载有功率输出的风速范围,一般为 3~ 2 0 m/ s。5 U) g; W! a, k
从定义上可以看出,低于起动风速,风力机不能运行,而高于切出风速继续运行,风力机将会严重损坏,甚至造成人身事故,这尤其要引起人们的重视。6 r1 A! w) Y( O, z8 }
根据(10)式计算有效风能密度。在有效风速范围(风力发电机组切入风速到切出风速之间的范围)内,设风速分布为p'(V),风速立方的数学期望为:' ]; `% }5 R3 i) u+ X; u% L
http://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898162940228.jpg9 P; \, O* r/ Z2 s+ w
 楼主| 发表于 2010-6-4 23:24:26 | 显示全部楼层 来自: 中国江苏南京
风能资源统计与计算——年平均风速  H6 L1 D$ s! }9 }7 @
年平均风速是一年中各次观测的风速之和除以观测次数,它是最直观简单表示风能大小的指标之一。
- P- M" b: c5 ^- W' P1 P% s风速的威布尔分布函数为:" C) C% E7 c1 G. u0 A8 ]' \2 m

; A8 {: u9 i& m% phttp://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898162219940.jpg; M8 [5 ]2 v; l& U3 B  M

: l- w2 G0 X. J6 C6 e: {% L2 C
9 Y7 g7 ]! {5 i/ x
6 O$ D) g2 x% ]) k  f  J$ l& g1 {# b $ m( Z# X9 n: D9 T7 r( U
我国建设风电场时,一般要求当地在10m高处的年平均风速在6m/s左右。这时,风功率密度在200250W/m2,相当于风力发电机组满功率运行的时间在2000h2500h,从经济分析来看是有益的。
0 k$ _. [8 T+ n# \但是用年平均风速来要求也存在着一定的缺点,它没有包含空气密度和风频在内,所以年平均风速即使相同,其风速概率分布型式p(V)并不一定相同,计算出的可利用风能小时数和风能有很大的差异。" m" q* q: ~0 u3 |. z
风能资源统计与计算——威布尔(Weibull)分布- j( j9 ]& S; y/ ?  K7 `8 i# q
关于风速的分布,国外有过不少的研究,近年来国内也有探讨。风速分布一般均为正偏态分布,一般说,风力愈大的地区,分布曲线愈平缓,峰值降低右移。这说明风力大的地区,一般大风速所占比例也多。如前所述,由于地理、气候特点的不同,各种风速所占的比例有所不同。
3 U5 m4 N8 D+ x* f6 w- B1 q2 @2 {
    通常用于拟合风速分布的线型很多,有瑞利分布、对数正态分布、G分布、双参数威布尔分布、三参数威布尔分布等,也可用皮尔逊曲线进行拟合。但威布尔分布双参数曲线,普遍认为适用于风速统计描述的概率密度函数。
                   13:威布尔分布双参数曲线

7 a* g3 z. X, G( Y( p$ [
风能资源统计与计算——空气密度
从风能公式可知,r的大小直接关系到风能的多少,特别是在海拔高的地区,影响更突出。
1 U$ O$ G9 G% ?$ P1 ~在近地层中,空气密度r的量级为100,而风速(V3)的量级为102~103。因此在计算中具 . ~+ ?! E% d. Y3 @
有决定性意义,不可小看。另一方面,由于我国地形复杂,空气密度的影响也必须要加以考虑。
9 U. @, d, _7 ?/ J+ [/ y+ m# g( Y. z一般来说,空气越重,能量越大,一般15摄氏度,空气密度为1.225kg/m2 ,为标准空气密度。 4 |3 U! w: c( F# k! @
但湿度增加,空气密度会有一些降低。同样,冷空气比暖空气密度大,同样高度,山区里,气
% z# q! \+ O9 ?" b% E压低,空气密度低。 ( y4 W: W1 b: r' J1 q8 P' r3 B/ F
表5:空气密度表
温度(0C氏度)
温度(0Farenheit)
干燥空气质量(kg/m3)
最大水分含量(kg/m3)
-25
-13
1.423

1 {1 g7 M* p! u3 Y- x% i
-20
-4
1.395
& o4 b. ]$ H  U! W$ u. a
-15
5
1.368
2 X( r- r& s& a7 m
-10
14
1.342
7 a7 Z- T( L8 l
-5
23
1.317
. ]& H/ G, _' p
0
32
1.292
0.005
5
41
1.269
0.007
10
50
1.247
0.009
15
59
1.225
0.013
20
68
1.204
0.017
25
77
1.184
0.023
30
86
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