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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& v$ X. H) V( `) V" O$ `5 ~; N
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 :      
) Q% ]+ l) b/ p. Y" }4 D) V- |) N, ~8 z$ ]9 X% v* D- s
http://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898163227899.jpg: S1 ]# f3 \2 h: }+ F
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。& F  H3 v* Z0 M  k7 t3 g$ o7 C

1 Y. w5 O0 @' r, G+ C4 x2 n风能资源统计与计算——风能密度1 d1 g, ?% G, i& n2 n: M2 c
平均风能密度+ @: o) r  w1 w. a4 A  X
http://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898162817161.jpg0 P7 @+ ?# O$ E5 j* q/ x
有效风速和有效风能密度5 V5 o0 G( k2 u+ W& U) V2 ?
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。$ X1 Z+ h" n% ^  B. J) @! d9 k
根据国标 GB8974-88风力机名词术语的定义:) v2 p1 S3 j( ?% T. a2 o3 m. p
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;, f% Y8 Z. r# f6 z: q; n
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;/ h# k+ s3 v, w6 Q1 |1 \. I
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;
* A! K+ p/ T7 V) U% ^3 c. Y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。* w  D4 P4 W. a3 [
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。
: Z7 X7 y5 W+ `/ D( z4 m4 c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:" R* V6 Q3 A7 T3 _& Z' ^* b
http://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898162940228.jpg
4 q# S: V+ n: ?" l/ O5 }
 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
: G; n% K( o# r# }2 }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。
4 C, A1 O$ e$ L7 b' w) E; s风速的威布尔分布函数为:3 [( f2 z; H. O* B4 @/ ~1 `

/ L8 n7 Y; T9 d9 H) p3 n2 ?* Khttp://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898162219940.jpg  [5 A( T$ o' r: m2 P4 o. U, G

  V/ k4 {6 Z6 {# @+ d7 ^ - n9 C: A- i4 S$ X% \
# v+ d9 y2 d9 @& M* O8 s7 ?
+ P# |3 n  k) `
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。
# T: F4 x. v7 q: U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。
6 Z9 V$ A1 o9 ?9 p风能资源统计与计算——威布尔(Weibull)分布9 `3 R' ?  y2 g8 G" G! f4 u! [
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。  s: i+ }! q6 p' p0 j! U
    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

9 r, Z" l6 c$ K
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。 ! ^9 H+ I% G. K! W9 h
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 ' f, {1 N  `$ q) M) ~! o8 J
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。
$ ]3 Y% E. `: Y! s) x: V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。
& t- h; n0 t( j6 r* D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
9 k3 M' b3 K' E5 [% d  M压低,空气密度低。 . Q5 ?. j9 `  r5 x9 f& A' V9 r1 S
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
' V0 Y  k* q- F: |  f
-20
-4
1.395
" z- O: t1 r( U* M4 O) {/ @
-15
5
1.368

) q) U* H4 C9 X. M* L+ f& v
-10
14
1.342
/ D% K$ M/ p8 w' Z6 s% o2 V& o
-5
23
1.317
: j* n+ W  F8 u9 [4 `
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
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