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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# w4 n" f# ~1 ]) 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 :      ( h7 E3 Q) w  r" i3 r

' M) m+ x( i! _* J
http://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898163227899.jpg
& c7 a' P! K' N" d! k3 Q. p1 m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。, O5 `7 N& U/ M; U3 Z' A5 j& ]
+ Q% g& Y+ Q8 ^. e' S
风能资源统计与计算——风能密度
6 w# a% n# K/ v6 c6 m) g, s平均风能密度0 _. F/ `& ?! k9 f5 r8 J+ U
http://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898162817161.jpg$ k$ O# a. n' F
有效风速和有效风能密度
4 e: @  F8 h( B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。
9 [, V& O( J+ F8 W$ H* x/ y根据国标 GB8974-88风力机名词术语的定义:
8 X0 H+ \* w9 v, T6 N  s5 v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;( h! j; ~& j$ T1 L" J4 w7 R# D
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;
6 K# M0 V0 [& i, ^# Y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;
+ M6 [5 I- W- N9 S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。
3 _; s' o; |/ p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。- t3 g0 p# `# J, C# ~0 \
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:# [6 H  d1 X( q* R
http://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898162940228.jpg
& O) @6 E; l1 I8 w* l* y
 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; R& I4 X- k7 B! a3 u
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。# e" ~0 Z/ U3 x9 b
风速的威布尔分布函数为:
: d8 y5 e4 ?- q$ I# N! Y6 i2 d* o% v$ V; N
http://www.wp-forum.cn/webs/webeditor/Example/NewsSystem/NewsFile/200898162219940.jpg
4 C9 T8 g) d( _/ G5 _; j6 E
+ M* z3 e! C% w0 C6 }6 ~) t

: u( a# M- @/ ^8 w( ?: p5 f6 `5 M% l; J

, s5 Q3 ~* ^: q3 h5 t; b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。- Z2 F! {# ?9 ~8 O
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。& ~: s5 y8 x8 J3 P
风能资源统计与计算——威布尔(Weibull)分布# C: e; Z2 ?7 X. z9 R  o$ T) M
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。
9 m4 p: q0 L/ q
    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
/ m+ Y( d" x7 d/ C! q
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。 0 D& h  i; P' v  [& U4 f9 n
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
5 o4 j& E' B6 A8 u6 U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 I9 x+ _6 M* p% o0 J5 r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。
. D! B& t* g( ?3 ^8 `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 N; @" m+ @. {* B压低,空气密度低。
  m* j" N1 o5 u1 T1 n  }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
6 {% `& |3 h+ L: ]+ Q
-20
-4
1.395
6 d) S4 T" ~2 Q' P1 X/ ~& R% ]
-15
5
1.368

* I* \9 X" \; U$ {. e4 l
-10
14
1.342

9 D& M# f- c8 V
-5
23
1.317

/ q6 u% Y5 `% V' s
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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