风能资源的统计计算

风能资源在统计计算时，主要考虑风况和风功率密度。 （一）风况 1.年平均风速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。 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200-250Wm2（见表2-7），相当于风力发电机组满功率运行的时间在2000-2500h，从经济分析来看是有益的。 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。以看出，一年中风速大于等于3m/s时间风速在一年中出现的小时数，在平均风速基本相同的情况下，最大的可相差几百小时，占一年中风速大于等于3m/s时间出现小时数的30%，两者相等的几乎没有，其能量相差就更为突出。有的可以相差1.5倍以上。从全国300余站资料的分析来看，情况大体相似。两站平均风速基本相同，其一年中风速大于等于3m/s时间小时数和风能却不相同，若以相差5%为相同者，其站数还不到总站数的5%。 2.风速年变化风速年变化是风速在一年内的变化。可以看出一年中各月风速的大小，在我国一般是春季风速大，夏秋季风速小。这有利于风电和水电互补，也可以将风力发电机组的检修时间安排在风速最小的月份。同时，风速年变化曲线与电网年负荷曲线对比，若一致或接近的部分越多越理想。 3.风速日变化风速虽瞬息万变，但如果把长年代的资料平均起来便会显出一个趋势。一般说来，风速日变化有陆、海两种基本类型。一是陆地白天午后风速大，夜间风速小，因为午后地面最热，上下对流最旺%高空大风的动量下传也最多。一是海洋上，白天风速小，夜间风速大，这是由于白天大气层的稳定度大，因为白天海面上气温比海温高所致。 风速日变化与电网的日负载曲线特性相一致时，也是最好的。 4.风速随高度变化在近地层中，风速随高度有显著的变化，造成风在近地层中的垂直变化的原因有动力因素和热力因素，前者主要来源于地面的摩擦效应，即地面的粗糙度；后者主要表现与近地层大气垂直稳定度的关系。当大气层结为中性时，乱流将完全依靠动力原因来发展，这时风速随高度变化服从普朗特经验公式： 如果没有不同高度的实测风速数据，风切变指数a取1/7（0.143）作为近似值，这相当地面为短草。在广州电视塔观测a为0.22，上海南京路电视塔a为0.33，南京跨江铁塔为0.21，武汉跨江铁塔为0.19，北京八达岭风电试验站为0.19。 风速垂直变化取决于a值。a值的大小反映风速随高度增加的快慢，a值大表示风速随高度增加的快，即风速梯度大；a值小表示风速随高度增加的慢，即风速梯度小。 a值的变化与地面粗糙度有关，地面粗糙度是随地面的粗糙程度变化的常数，在不同的地面粗糙度风速随高度变化差异很大。粗糙的表面比光滑表面更易在近地层中形成湍流，使得垂直混合更为充分，混合作用的加强，近地层风速梯度就减小，而梯度风的高度就较高，也就是说粗糙的地面比光滑的地面到达梯度的高度要高，所以使得粗糙的地面层中的风速比光滑地面的风速小。 5.风向频率玫瑰图风向玫瑰图可以确定主导风向，对于风电场机组位置排列起到关键的作用，因为机组排列是垂直于主导风向的。 6.湍流强度湍流是指风速、风向及其垂直分量的迅速扰动或不规律性。是重要的风况特征。湍流很大程度上取决于环境的粗糙度、地层稳定性和障碍物。 关键词：风能资源统计计算