第三章風(fēng)資源評(píng)估

1、華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué) 第三部分：第三部分：風(fēng)資源的評(píng)估 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)2 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 風(fēng)資源評(píng)估風(fēng)資源評(píng)估 世界能源委員會(huì)世界能源委員會(huì)(World Energy Council)將風(fēng)資源評(píng)估分為五類(lèi)：將風(fēng)資源評(píng)估分為五類(lèi)： u氣象測(cè)量?jī)?chǔ)存量（氣象測(cè)量?jī)?chǔ)存量（Meteorological potential），它等價(jià)于可用風(fēng)能），它等價(jià)于可用風(fēng)能 資源；資源； u 地域

2、風(fēng)能儲(chǔ)量地域風(fēng)能儲(chǔ)量(Site potential），它是在前者的基礎(chǔ)上，限定了地），它是在前者的基礎(chǔ)上，限定了地 形的因素；形的因素； u技術(shù)可開(kāi)發(fā)風(fēng)能儲(chǔ)量（技術(shù)可開(kāi)發(fā)風(fēng)能儲(chǔ)量（Technical potential）；）； u經(jīng)濟(jì)可用風(fēng)能儲(chǔ)量（經(jīng)濟(jì)可用風(fēng)能儲(chǔ)量（Economic potential），是經(jīng)濟(jì)可用的技術(shù)可），是經(jīng)濟(jì)可用的技術(shù)可 開(kāi)發(fā)量；開(kāi)發(fā)量； u 可實(shí)現(xiàn)的風(fēng)能儲(chǔ)（可實(shí)現(xiàn)的風(fēng)能儲(chǔ)（Implement potential），考慮風(fēng)力機(jī)在一定時(shí)），考慮風(fēng)力機(jī)在一定時(shí) 間內(nèi)能捕獲的風(fēng)能資源。間內(nèi)能捕獲的風(fēng)能資源。 最常評(píng)估的是前三種。最常評(píng)估的是前三種。 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)

3、能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)3 1：大氣邊界層內(nèi)風(fēng)特性 14：平均風(fēng)特性風(fēng)特性 風(fēng)資源評(píng)估風(fēng)資源評(píng)估 我國(guó)氣象局根據(jù)我國(guó)氣象局根據(jù)全國(guó)風(fēng)能資源評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)定全國(guó)風(fēng)能資源評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)定和國(guó)家發(fā)展改革委印和國(guó)家發(fā)展改革委印 發(fā)的發(fā)的全國(guó)大型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期工作大綱全國(guó)大型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期工作大綱（發(fā)改辦能源（發(fā)改辦能源20031287 號(hào)）初步探明我國(guó)陸上距地面號(hào)）初步探明我國(guó)陸上距地面10米高度：米高度： u 全國(guó)風(fēng)能資源總儲(chǔ)量全國(guó)風(fēng)能資源總儲(chǔ)量42.65億億KW， u 技術(shù)可開(kāi)發(fā)量技術(shù)可開(kāi)發(fā)量2.98億億KW，面積約，面積約20萬(wàn)平方公里；萬(wàn)平方公里； u 潛

4、在技術(shù)可開(kāi)發(fā)量為潛在技術(shù)可開(kāi)發(fā)量為0.78億億KW . 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)4 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 風(fēng)電場(chǎng)選址風(fēng)電場(chǎng)選址 風(fēng)電場(chǎng)選址包括宏觀選址和微觀選址風(fēng)電場(chǎng)選址包括宏觀選址和微觀選址 宏觀選址宏觀選址 u從一個(gè)較大的地區(qū)（從幾十平方公里到幾十萬(wàn)平方公里的范圍），從一個(gè)較大的地區(qū)（從幾十平方公里到幾十萬(wàn)平方公里的范圍）， 對(duì)氣象條件（風(fēng)能資源）、并網(wǎng)條件、經(jīng)濟(jì)條件、地理?xiàng)l件、地對(duì)氣象條件（風(fēng)能資源）、并網(wǎng)條件、經(jīng)濟(jì)條件、地理?xiàng)l件、地 形條件、環(huán)境影響等方面進(jìn)行綜合考察后，選擇一個(gè)風(fēng)能資源豐形

5、條件、環(huán)境影響等方面進(jìn)行綜合考察后，選擇一個(gè)風(fēng)能資源豐 富、而且最有利用價(jià)值的小區(qū)域（通常小于十平方公里）富、而且最有利用價(jià)值的小區(qū)域（通常小于十平方公里） 微觀選址微觀選址 u在宏觀選址中選定的小區(qū)域中確定如何布置風(fēng)力機(jī)，使整個(gè)風(fēng)電在宏觀選址中選定的小區(qū)域中確定如何布置風(fēng)力機(jī)，使整個(gè)風(fēng)電 場(chǎng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益場(chǎng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益 一般，風(fēng)電場(chǎng)選址需要兩年時(shí)間，國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，由于風(fēng)一般，風(fēng)電場(chǎng)選址需要兩年時(shí)間，國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，由于風(fēng) 電場(chǎng)選址的失誤造成發(fā)電量損失和增加維修費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)場(chǎng)址電場(chǎng)選址的失誤造成發(fā)電量損失和增加維修費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)場(chǎng)址 進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的費(fèi)用。因此，風(fēng)電

6、場(chǎng)選址對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)是至關(guān)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的費(fèi)用。因此，風(fēng)電場(chǎng)選址對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)是至關(guān) 重要的。重要的。 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)5 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 宏觀選址宏觀選址 原則原則 根據(jù)風(fēng)能資源調(diào)查與分布的結(jié)果，選擇最有利的場(chǎng)址，以求增大風(fēng)力根據(jù)風(fēng)能資源調(diào)查與分布的結(jié)果，選擇最有利的場(chǎng)址，以求增大風(fēng)力 機(jī)組的出力，提高供電的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可靠性；最大限度地減少機(jī)組的出力，提高供電的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可靠性；最大限度地減少 各種因素對(duì)風(fēng)能利用、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用壽命和安全的影響；全方位各種因素對(duì)風(fēng)能利

7、用、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用壽命和安全的影響；全方位 考慮場(chǎng)址所在地對(duì)電力的需求及交通、電網(wǎng)、土地使用和環(huán)境等因素考慮場(chǎng)址所在地對(duì)電力的需求及交通、電網(wǎng)、土地使用和環(huán)境等因素 氣象條件氣象條件 u風(fēng)能資源豐富區(qū)：風(fēng)能資源豐富區(qū)：10m高度處的年平均風(fēng)速在高度處的年平均風(fēng)速在6m/s以上，風(fēng)功率以上，風(fēng)功率 密度大于密度大于200W/m2的地區(qū)的地區(qū) u風(fēng)向比較穩(wěn)定的地區(qū)風(fēng)向比較穩(wěn)定的地區(qū) u風(fēng)能日變化和年變化較小的地區(qū)風(fēng)能日變化和年變化較小的地區(qū) u氣候?yàn)?zāi)害（包括臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴、積冰、風(fēng)沙、鹽霧、雷電、冰雹等）氣候?yàn)?zāi)害（包括臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴、積冰、風(fēng)沙、鹽霧、雷電、冰雹等） 較少的地區(qū)較少的地區(qū) 并網(wǎng)條件并網(wǎng)條

8、件 u風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址要鄰近主電網(wǎng)，便于并入主電網(wǎng)，使風(fēng)電場(chǎng)投資中的風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址要鄰近主電網(wǎng)，便于并入主電網(wǎng)，使風(fēng)電場(chǎng)投資中的 線(xiàn)路投資較少，從而降低風(fēng)電成本線(xiàn)路投資較少，從而降低風(fēng)電成本 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)6 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 經(jīng)濟(jì)條件經(jīng)濟(jì)條件 u該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r與對(duì)電力需求的程度該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r與對(duì)電力需求的程度 地理?xiàng)l件地理?xiàng)l件 u風(fēng)電場(chǎng)的地理位置、海拔高度以及交通運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施條件等狀風(fēng)電場(chǎng)的地理位置、海拔高度以及交通運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施條件等狀 況，它們將直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)輸、安

9、裝和調(diào)試等況，它們將直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)輸、安裝和調(diào)試等 地形條件地形條件 u地形條件是指風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的地形、地貌以及地面障礙物等。風(fēng)電地形條件是指風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的地形、地貌以及地面障礙物等。風(fēng)電 場(chǎng)場(chǎng)址最好選在場(chǎng)場(chǎng)址最好選在 “平坦地形平坦地形”，即在，即在4km6km半徑范圍內(nèi)，場(chǎng)址半徑范圍內(nèi)，場(chǎng)址 周?chē)匦蔚母叨炔钚∮谥車(chē)匦蔚母叨炔钚∮?0m；并且地形高長(zhǎng)比小于；并且地形高長(zhǎng)比小于0.03（即（即3%坡坡 度）。另外，還要考慮建筑物和防護(hù)林帶等地面障礙物對(duì)其附近度）。另外，還要考慮建筑物和防護(hù)林帶等地面障礙物對(duì)其附近 氣流的擾動(dòng)作用氣流的擾動(dòng)作用 環(huán)境影響評(píng)估環(huán)境影響評(píng)估 u有利方面：風(fēng)

10、電場(chǎng)對(duì)減輕環(huán)境污染、改善當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)以及保護(hù)有利方面：風(fēng)電場(chǎng)對(duì)減輕環(huán)境污染、改善當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)以及保護(hù) 生態(tài)環(huán)境等方面所產(chǎn)生的社會(huì)效益和環(huán)境效益生態(tài)環(huán)境等方面所產(chǎn)生的社會(huì)效益和環(huán)境效益 u不利方面：影響附近地區(qū)的景觀，對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)及其它動(dòng)物生活的干擾，不利方面：影響附近地區(qū)的景觀，對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)及其它動(dòng)物生活的干擾， 以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的噪聲污染和電磁干擾影響等以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的噪聲污染和電磁干擾影響等 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)7 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 風(fēng)功率密度風(fēng)功率密度 理解理解“風(fēng)能風(fēng)能”，需要很好

11、地理解，需要很好地理解“功功”，“功率功率”和和“能量能量” 力力距離距離功；功； 當(dāng)力使物體移動(dòng)了一定的距離，就對(duì)該物體做了功當(dāng)力使物體移動(dòng)了一定的距離，就對(duì)該物體做了功 力力速度速度功率；功率； 功率是做功的比率，即、由施加在物體上的力與物體運(yùn)動(dòng)的速度之乘功率是做功的比率，即、由施加在物體上的力與物體運(yùn)動(dòng)的速度之乘 積。得到為該物體作用的功率積。得到為該物體作用的功率. 風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率是通過(guò)風(fēng)繞流葉片時(shí)所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力（力矩）驅(qū)風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率是通過(guò)風(fēng)繞流葉片時(shí)所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力（力矩）驅(qū) 動(dòng)風(fēng)力機(jī)軸所產(chǎn)生的，即力矩動(dòng)風(fēng)力機(jī)軸所產(chǎn)生的，即力矩轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速。 功率功率時(shí)間時(shí)間能量能量 機(jī)械能可

12、以是勢(shì)能或動(dòng)能機(jī)械能可以是勢(shì)能或動(dòng)能 一個(gè)舉起的物體具有勢(shì)能；由于物體的高度和運(yùn)動(dòng)速度，釋放后勢(shì)能一個(gè)舉起的物體具有勢(shì)能；由于物體的高度和運(yùn)動(dòng)速度，釋放后勢(shì)能 變成動(dòng)能，并隨速度的平方增加。變成動(dòng)能，并隨速度的平方增加。 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)8 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 運(yùn)動(dòng)著的風(fēng)具有動(dòng)能運(yùn)動(dòng)著的風(fēng)具有動(dòng)能風(fēng)速的平方風(fēng)速的平方 當(dāng)風(fēng)吹向一個(gè)物體是，速度會(huì)減小（動(dòng)能減?。?，而（靜）壓力會(huì)當(dāng)風(fēng)吹向一個(gè)物體是，速度會(huì)減小（動(dòng)能減?。?，而（靜）壓力會(huì) 提高（勢(shì)能提高）。導(dǎo)致可驅(qū)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的作用力提高（勢(shì)能提

13、高）。導(dǎo)致可驅(qū)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的作用力與動(dòng)能成比例與動(dòng)能成比例 由于由于功率功率 力力速度，所以，風(fēng)的功率與速度的三次方成速度，所以，風(fēng)的功率與速度的三次方成 比例比例 風(fēng)功率：風(fēng)功率： P0.5*r r*A*V3 A面積、面積、r r空氣密度、空氣密度、V風(fēng)速風(fēng)速 這是風(fēng)所具有的能量。而風(fēng)力機(jī)最大可能吸收的風(fēng)能僅為其的這是風(fēng)所具有的能量。而風(fēng)力機(jī)最大可能吸收的風(fēng)能僅為其的 16/27=0.59259(貝茨極限）貝茨極限） 如果把風(fēng)所具有的能量全都吸收了，會(huì)發(fā)生什么？如果把風(fēng)所具有的能量全都吸收了，會(huì)發(fā)生什么？ 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空

14、氣動(dòng)力學(xué)9 1：大氣邊界層內(nèi)風(fēng)特性 14：平均風(fēng)特性風(fēng)特性 風(fēng)功率密度風(fēng)功率密度:單位面積上的風(fēng)功率單位面積上的風(fēng)功率 設(shè)空氣流動(dòng)質(zhì)量流量為設(shè)空氣流動(dòng)質(zhì)量流量為dm/dt，密度為，密度為，風(fēng)速（假定為均勻風(fēng)速）為，風(fēng)速（假定為均勻風(fēng)速）為U，風(fēng)輪，風(fēng)輪 面積為面積為A， 根據(jù)連續(xù)方程有根據(jù)連續(xù)方程有 （dm/dt）=AU 單位時(shí)間的動(dòng)能，即功率可表示為單位時(shí)間的動(dòng)能，即功率可表示為 P=（1/2）（）（dm/dt）U2=（1/2）AU3 單位面積上的功率單位面積上的功率P/A，即風(fēng)功率密度表示為，即風(fēng)功率密度表示為 P/A=（1/2）U3 u注意：注意： 風(fēng)功率密度與空氣密度成正比。在標(biāo)準(zhǔn)情況

15、下，空氣密度為風(fēng)功率密度與空氣密度成正比。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，空氣密度為1.225 kg/m3 風(fēng)功率與風(fēng)輪掃過(guò)的面積成正比（傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪直徑的平方）風(fēng)功率與風(fēng)輪掃過(guò)的面積成正比（傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪直徑的平方） 風(fēng)功率密度與風(fēng)速的立方成正比風(fēng)功率密度與風(fēng)速的立方成正比 風(fēng)力機(jī)的輸出功率還要考慮到空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題以及風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的聯(lián)合效率的風(fēng)力機(jī)的輸出功率還要考慮到空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題以及風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的聯(lián)合效率的 影響。實(shí)際上，水平軸風(fēng)力機(jī)最大可能利用風(fēng)能約為影響。實(shí)際上，水平軸風(fēng)力機(jī)最大可能利用風(fēng)能約為45%。 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課

16、程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)10 1：大氣邊界層內(nèi)風(fēng)特性 14：平均風(fēng)特性風(fēng)特性 如果某地區(qū)的年平均風(fēng)速是已知的，可以知道年風(fēng)功率密度。更準(zhǔn)確如果某地區(qū)的年平均風(fēng)速是已知的，可以知道年風(fēng)功率密度。更準(zhǔn)確 一點(diǎn)，已知一年內(nèi)每小時(shí)的平均速度一點(diǎn)，已知一年內(nèi)每小時(shí)的平均速度Ui，得到以小時(shí)平均的年平均風(fēng)，得到以小時(shí)平均的年平均風(fēng) 功率密度功率密度 年平均風(fēng)速年平均風(fēng)速 Ke能量形式因子，能量形式因子， N年小時(shí)數(shù)，年小時(shí)數(shù)，8760。 e KUAP 3 2 1 /r U N i ie U UN K 1 3 3 1 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)

17、11 3：風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué) 310：風(fēng)電場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 各穩(wěn)定風(fēng)速下的風(fēng)功率密度（空氣密度各穩(wěn)定風(fēng)速下的風(fēng)功率密度（空氣密度=1.225kg/m3） 風(fēng)速（風(fēng)速（m/s）風(fēng)功率密度（風(fēng)功率密度（W/m2）風(fēng)資源評(píng)價(jià)風(fēng)資源評(píng)價(jià) 00貧乏貧乏 580貧乏貧乏 5.5100貧乏貧乏 5.58.7100400豐富豐富 10610豐富豐富 10.5700很豐富很豐富 152070很豐富很豐富 204900很豐富很豐富 259560很豐富很豐富 3016550很豐富很豐富 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)12 中國(guó)風(fēng)功率密度分布中國(guó)風(fēng)功率

18、密度分布(中國(guó)氣象局第三次普查結(jié)果中國(guó)氣象局第三次普查結(jié)果) 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)13 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 微觀選址微觀選址 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)風(fēng) 在微觀選址時(shí)，僅有氣象資料提供的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)是不夠的，一般要在裝機(jī)在微觀選址時(shí)，僅有氣象資料提供的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)是不夠的，一般要在裝機(jī) 地點(diǎn)用測(cè)風(fēng)塔進(jìn)行地點(diǎn)用測(cè)風(fēng)塔進(jìn)行1年的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)風(fēng)，測(cè)量風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、湍流度等。年的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)風(fēng)，測(cè)量風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、湍流度等。 風(fēng)力機(jī)布局風(fēng)力機(jī)布局 在風(fēng)電場(chǎng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的排布是風(fēng)電場(chǎng)微觀選址的核心。排布方式的好

19、壞在風(fēng)電場(chǎng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的排布是風(fēng)電場(chǎng)微觀選址的核心。排布方式的好壞 將直接影響風(fēng)電場(chǎng)的容量系數(shù)，即影響實(shí)際發(fā)電量的多少。最佳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)將直接影響風(fēng)電場(chǎng)的容量系數(shù)，即影響實(shí)際發(fā)電量的多少。最佳的風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組排列方式，取決于風(fēng)速歷程、風(fēng)向歷程、不同風(fēng)向下的風(fēng)速值、地形地貌、組排列方式，取決于風(fēng)速歷程、風(fēng)向歷程、不同風(fēng)向下的風(fēng)速值、地形地貌、 風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)、風(fēng)力機(jī)特性以及塔架高度等。風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)、風(fēng)力機(jī)特性以及塔架高度等。 風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址評(píng)估 風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址評(píng)估決定于風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的風(fēng)資源、投資規(guī)模、貸款利息、風(fēng)力機(jī)性風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址評(píng)估決定于風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的風(fēng)資源、投資規(guī)模、貸款利息、風(fēng)力機(jī)性

20、 能及電網(wǎng)負(fù)荷等因素。評(píng)估時(shí)要根據(jù)上述因素計(jì)算風(fēng)電成本，并與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)電能及電網(wǎng)負(fù)荷等因素。評(píng)估時(shí)要根據(jù)上述因素計(jì)算風(fēng)電成本，并與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)電 力成本比較，得出評(píng)估結(jié)論。如果風(fēng)電成本與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)電力成本比較，考慮到力成本比較，得出評(píng)估結(jié)論。如果風(fēng)電成本與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)電力成本比較，考慮到 社會(huì)效益和環(huán)境效益，風(fēng)電成本略高于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)電力成本，則認(rèn)為風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址社會(huì)效益和環(huán)境效益，風(fēng)電成本略高于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)電力成本，則認(rèn)為風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址 的選擇是合理的。的選擇是合理的。 風(fēng)電場(chǎng)工藝布置風(fēng)電場(chǎng)工藝布置 在風(fēng)電場(chǎng)微觀選址后，要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行總體規(guī)劃，繪制風(fēng)電場(chǎng)工藝布置圖在風(fēng)電場(chǎng)微觀選址后，要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行總體規(guī)劃，繪制風(fēng)電場(chǎng)工

21、藝布置圖 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)14 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 風(fēng)的測(cè)量風(fēng)的測(cè)量 為進(jìn)行精確的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組微觀選址，現(xiàn)場(chǎng)所安裝的測(cè)風(fēng)塔的數(shù)量為進(jìn)行精確的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組微觀選址，現(xiàn)場(chǎng)所安裝的測(cè)風(fēng)塔的數(shù)量 一般不能少于一般不能少于2座，若條件許可，對(duì)于地形復(fù)雜區(qū)應(yīng)該為座，若條件許可，對(duì)于地形復(fù)雜區(qū)應(yīng)該為4-8座座. 測(cè)風(fēng)塔應(yīng)該盡量安裝在最能代表并反映風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源的位置測(cè)風(fēng)塔應(yīng)該盡量安裝在最能代表并反映風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源的位置. 測(cè)風(fēng)應(yīng)該在空曠地進(jìn)行，盡量遠(yuǎn)離高大樹(shù)木和建筑物，在選擇位置測(cè)風(fēng)應(yīng)該在空曠地進(jìn)行，盡

22、量遠(yuǎn)離高大樹(shù)木和建筑物，在選擇位置 時(shí)要充分考慮地形和障礙物的影響時(shí)要充分考慮地形和障礙物的影響. 如果測(cè)風(fēng)塔必須安裝在障礙物附近，則在盛行風(fēng)的下風(fēng)向與障礙物如果測(cè)風(fēng)塔必須安裝在障礙物附近，則在盛行風(fēng)的下風(fēng)向與障礙物 的水平距離應(yīng)不少于該障礙物高度的的水平距離應(yīng)不少于該障礙物高度的10倍處安裝倍處安裝 如果測(cè)風(fēng)塔必須設(shè)立在樹(shù)木密集的地方，則至少高出樹(shù)木頂端如果測(cè)風(fēng)塔必須設(shè)立在樹(shù)木密集的地方，則至少高出樹(shù)木頂端10米米 每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址只需按一套氣壓和溫度傳感器，其塔上安裝高度為每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址只需按一套氣壓和溫度傳感器，其塔上安裝高度為2-3 米米 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力

23、機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)15 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)16 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng) 風(fēng)力機(jī)吸收了能量和風(fēng)力機(jī)本身對(duì)氣流的擾動(dòng)，在下游形成尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)吸收了能量和風(fēng)力機(jī)本身對(duì)氣流的擾動(dòng)，在下游形成尾流區(qū) 尾流區(qū)內(nèi)的速度要經(jīng)歷衰減和恢復(fù)的過(guò)程；尾流區(qū)內(nèi)的速度要經(jīng)歷衰減和恢復(fù)的過(guò)程； 尾流區(qū)會(huì)影響風(fēng)力機(jī)的功率輸出和結(jié)構(gòu)疲勞尾流區(qū)會(huì)影響風(fēng)力機(jī)的功率輸出和結(jié)構(gòu)疲勞 尾流模型尾流模型 尾流模型是描述風(fēng)力機(jī)尾流結(jié)構(gòu)的

24、數(shù)學(xué)模型，用于計(jì)算風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)尾流模型是描述風(fēng)力機(jī)尾流結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，用于計(jì)算風(fēng)力機(jī)尾流區(qū) 的速度分布和風(fēng)電場(chǎng)中處在尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)的功率輸出的速度分布和風(fēng)電場(chǎng)中處在尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)的功率輸出 目前使用的尾流模型有半經(jīng)驗(yàn)的尾流模型和用數(shù)值計(jì)算方法建立的尾目前使用的尾流模型有半經(jīng)驗(yàn)的尾流模型和用數(shù)值計(jì)算方法建立的尾 流模型，數(shù)值計(jì)算方法是通過(guò)求解流模型，數(shù)值計(jì)算方法是通過(guò)求解N-S方程得到的方程得到的 主要介紹幾種半經(jīng)驗(yàn)的尾流模型主要介紹幾種半經(jīng)驗(yàn)的尾流模型 u無(wú)粘近場(chǎng)尾流模型無(wú)粘近場(chǎng)尾流模型 u簡(jiǎn)化尾流模型簡(jiǎn)化尾流模型 u半經(jīng)驗(yàn)尾流模型半經(jīng)驗(yàn)尾流模型 uAV尾流模型尾流模型 華北電力大學(xué)華北電力大

25、學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)17 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 無(wú)粘近場(chǎng)尾流模型無(wú)粘近場(chǎng)尾流模型 u假設(shè)在風(fēng)力機(jī)近場(chǎng)尾流區(qū)的流動(dòng)是無(wú)粘旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)，根據(jù)畢奧假設(shè)在風(fēng)力機(jī)近場(chǎng)尾流區(qū)的流動(dòng)是無(wú)粘旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)，根據(jù)畢奧-薩薩 伐定律可得到風(fēng)力機(jī)尾流旋轉(zhuǎn)軸上的無(wú)量綱軸向速度伐定律可得到風(fēng)力機(jī)尾流旋轉(zhuǎn)軸上的無(wú)量綱軸向速度 的表達(dá)式的表達(dá)式 為為 式中式中 Vc尾流旋轉(zhuǎn)軸上的軸向速度；尾流旋轉(zhuǎn)軸上的軸向速度； V來(lái)流速度；來(lái)流速度； x = x/D，x為風(fēng)輪下游某點(diǎn)到風(fēng)輪平面的軸向距離，為風(fēng)輪下游某點(diǎn)到風(fēng)輪平面的軸向距離，D為風(fēng)輪為風(fēng)輪 直徑；直徑

26、； a風(fēng)輪軸向速度誘導(dǎo)因子。風(fēng)輪軸向速度誘導(dǎo)因子。 無(wú)粘近場(chǎng)尾流模型只能近似用于描述時(shí)的風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)速度分布無(wú)粘近場(chǎng)尾流模型只能近似用于描述時(shí)的風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)速度分布 c v 2 110.25 c c V vaxx V 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)18 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 簡(jiǎn)化尾流模型簡(jiǎn)化尾流模型 u根據(jù)軸對(duì)稱(chēng)物體尾流理論建立的一種遠(yuǎn)場(chǎng)尾流模型，其無(wú)量綱尾根據(jù)軸對(duì)稱(chēng)物體尾流理論建立的一種遠(yuǎn)場(chǎng)尾流模型，其無(wú)量綱尾 流半徑流半徑 可表示為可表示為 式中式中 r尾流半徑；尾流半徑； D風(fēng)輪直徑；風(fēng)輪直徑； 參

27、數(shù)，在低湍流度下，一般取參數(shù)，在低湍流度下，一般取0.18； 參數(shù)，參數(shù)， = 0.4860CT，CT為風(fēng)輪軸向力（推力）系數(shù)。為風(fēng)輪軸向力（推力）系數(shù)。 u無(wú)量綱尾流旋轉(zhuǎn)軸上的速度損失無(wú)量綱尾流旋轉(zhuǎn)軸上的速度損失 vc可表示為可表示為 u無(wú)量綱尾流橫向剖面上的相對(duì)速度損失無(wú)量綱尾流橫向剖面上的相對(duì)速度損失 vd可表示為可表示為 式中式中 , y為橫向某點(diǎn)距風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸的距離。為橫向某點(diǎn)距風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸的距離。 r 31 3xDrr 1 32 3 2 0.3780 c cT VV vCx Vr 2 23 0 . 1 cd vv r Dy 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)

28、能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)19 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 半經(jīng)驗(yàn)尾流模型半經(jīng)驗(yàn)尾流模型 u是丹麥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是丹麥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室RIS發(fā)展的一種尾流模型，它主要用于計(jì)算風(fēng)發(fā)展的一種尾流模型，它主要用于計(jì)算風(fēng) 電場(chǎng)中處在尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)的功率輸出電場(chǎng)中處在尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)的功率輸出 u假設(shè)假設(shè) 尾流初始直徑為風(fēng)輪直徑尾流初始直徑為風(fēng)輪直徑 尾流增長(zhǎng)速率呈線(xiàn)性關(guān)系尾流增長(zhǎng)速率呈線(xiàn)性關(guān)系 尾流橫向剖面上的速度是均勻的尾流橫向剖面上的速度是均勻的 半經(jīng)驗(yàn)尾流模型半經(jīng)驗(yàn)尾流模型 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)20 3：風(fēng)

29、場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 u根據(jù)動(dòng)量定理可得到風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)無(wú)量綱軸向速度根據(jù)動(dòng)量定理可得到風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)無(wú)量綱軸向速度 的表達(dá)式為的表達(dá)式為 式中式中Vc尾流區(qū)軸向速度；尾流區(qū)軸向速度； V來(lái)流速度；來(lái)流速度； x風(fēng)輪下游某點(diǎn)到風(fēng)輪平面的軸向距離；風(fēng)輪下游某點(diǎn)到風(fēng)輪平面的軸向距離； D風(fēng)輪直徑；風(fēng)輪直徑； k尾流衰減系數(shù)尾流衰減系數(shù),可根據(jù)風(fēng)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定；可根據(jù)風(fēng)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定； 當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)串列布置時(shí)，上游風(fēng)力機(jī)的尾流衰減系數(shù)當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)串列布置時(shí)，上游風(fēng)力機(jī)的尾流衰減系數(shù)k取取0.075；下；下 游風(fēng)力機(jī)的尾流衰減系數(shù)游風(fēng)力機(jī)的尾流衰減系數(shù)k取取0.11 a風(fēng)輪軸向速度誘導(dǎo)因

30、子，即尾流初始速度損失系數(shù)。風(fēng)輪軸向速度誘導(dǎo)因子，即尾流初始速度損失系數(shù)。 c v 2 1 12 12 c c V va Vkx D 2 11 1 T r C V V a 2 2 1111 c cT Vkx vC DV 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)21 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 AV尾流模型尾流模型 u是在是在Abramovich射流理論基礎(chǔ)上發(fā)展的一種全場(chǎng)尾流模型射流理論基礎(chǔ)上發(fā)展的一種全場(chǎng)尾流模型 u它將風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)分成四個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)，假設(shè)尾流增長(zhǎng)它將風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)分成四個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)，假設(shè)

31、尾流增長(zhǎng) 速率呈線(xiàn)性關(guān)系，并與機(jī)械湍流和速率呈線(xiàn)性關(guān)系，并與機(jī)械湍流和/或背景湍流有關(guān)或背景湍流有關(guān) AV尾流模型尾流模型 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)22 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 u區(qū)域區(qū)域的尾流特性的尾流特性 是近場(chǎng)尾流區(qū)，從風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面一直延伸到風(fēng)輪后錐形均勻流區(qū)的末端。區(qū)域是近場(chǎng)尾流區(qū)，從風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面一直延伸到風(fēng)輪后錐形均勻流區(qū)的末端。區(qū)域 的速度分布隨均勻流和外流混合區(qū)的相對(duì)大小變化而變化，其尾流增長(zhǎng)速率主的速度分布隨均勻流和外流混合區(qū)的相對(duì)大小變化而變化，其尾流增長(zhǎng)速率主 要取決于機(jī)械湍流，背

32、景湍流則有一定的影響要取決于機(jī)械湍流，背景湍流則有一定的影響 區(qū)域區(qū)域中與機(jī)械湍流相關(guān)的無(wú)量綱尾流長(zhǎng)度中與機(jī)械湍流相關(guān)的無(wú)量綱尾流長(zhǎng)度 可表示為可表示為 式中式中 區(qū)域區(qū)域中與機(jī)械湍流相關(guān)的尾流長(zhǎng)度；中與機(jī)械湍流相關(guān)的尾流長(zhǎng)度； r0初始尾流半徑；初始尾流半徑； 風(fēng)輪半徑；風(fēng)輪半徑； 無(wú)量綱初始尾流半徑，無(wú)量綱初始尾流半徑， ， 為初始速度為初始速度 比，比， ; V來(lái)流速度；來(lái)流速度； V0 初始速度。初始速度。 mm mr R r r x x m m 144. 0214. 0127. 0 1 00 0 1 1 m x1 R 0 r 21 00 mRrr m 0 1 12mV Va m x1

33、 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)23 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 區(qū)域區(qū)域的無(wú)量綱尾流總長(zhǎng)度的無(wú)量綱尾流總長(zhǎng)度 可表示為可表示為 式中式中 由背景湍流引起的尾流增長(zhǎng)速率，由背景湍流引起的尾流增長(zhǎng)速率， 擴(kuò)散系數(shù)，與大氣湍流強(qiáng)度有關(guān)，在擴(kuò)散系數(shù)，與大氣湍流強(qiáng)度有關(guān)，在AV尾流模型中，大氣尾流模型中，大氣 湍流強(qiáng)度是由湍流強(qiáng)度是由Pasquill穩(wěn)定級(jí)或風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)差穩(wěn)定級(jí)或風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示的；來(lái)表示的； 區(qū)域區(qū)域末的無(wú)量綱尾流半徑，即末的無(wú)量綱尾流半徑，即 風(fēng)輪后錐形均勻流半徑風(fēng)輪后錐形均勻流半徑 可表示為可表示

34、為 區(qū)域區(qū)域的無(wú)量綱尾流半徑的無(wú)量綱尾流半徑 可表示為可表示為 1 x 21 22 121 021 1 2 m xr rr x dxddxdr 97. 1 2 21 r mrRrr144. 0214. 0 02121 1 r 1 00 1 11 1 1 x x rr x xx R r r 2 r 21 22 210 2 2 2 xrxr R r r 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)24 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 大氣邊界層中大氣邊界層中Pasquill穩(wěn)定級(jí)、風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差穩(wěn)定級(jí)、風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差 及及d /dx之間的關(guān)

35、系之間的關(guān)系 Pasquill穩(wěn)定級(jí)穩(wěn)定級(jí)風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)差風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)差 /( )d /dx A25.00.212 B20.00.156 C15.00.104 D10.00.069 E5.00.050 F2.50.034 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)25 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 u區(qū)域區(qū)域的尾流橫向剖面上的無(wú)量綱速度可表示為的尾流橫向剖面上的無(wú)量綱速度可表示為 式中式中 參數(shù)，參數(shù)， 。其中。其中r2為為 風(fēng)輪下游區(qū)域風(fēng)輪下游區(qū)域內(nèi)尾流半徑，內(nèi)尾流半徑，r1為風(fēng)輪后錐形均勻流半徑，為風(fēng)輪后錐形均勻流半徑，r為某

36、點(diǎn)為某點(diǎn) 到尾流旋轉(zhuǎn)軸的距離。到尾流旋轉(zhuǎn)軸的距離。 2 3 2 10 11 1101 11 vV V vV V mm vm 122122 rrrrrrrr 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)26 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 u區(qū)域區(qū)域的尾流特性的尾流特性 區(qū)域區(qū)域II末的無(wú)量綱尾流長(zhǎng)度末的無(wú)量綱尾流長(zhǎng)度 為為 區(qū)域區(qū)域的尾流增長(zhǎng)速率與區(qū)域的尾流增長(zhǎng)速率與區(qū)域I一致，故區(qū)域一致，故區(qū)域的無(wú)量綱尾流半徑的無(wú)量綱尾流半徑r2 為為 區(qū)域區(qū)域的尾流橫向剖面上的無(wú)量綱速度可表示為的尾流橫向剖面上的無(wú)量綱速度可表示為 x R

37、x nxnx 1 m m m m n 124. 0134. 0 124. 0134. 01 144. 0214. 01 144. 0214. 0 21 22 2102 2 m xrxrr 2 1 2 1 11 01 vr r xxxx vvvr r xxxx 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)27 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 u區(qū)域區(qū)域的尾流特性的尾流特性 區(qū)域區(qū)域的無(wú)量綱尾流半徑可表示為的無(wú)量綱尾流半徑可表示為 式中式中 尾流旋轉(zhuǎn)軸上的無(wú)量綱化速度損失系數(shù)，即尾流旋轉(zhuǎn)軸上的無(wú)量綱化速度損失系數(shù)，即 區(qū)域區(qū)域的尾流

38、橫向剖面上的無(wú)量綱速度可表示為的尾流橫向剖面上的無(wú)量綱速度可表示為 21 2 0 3 3 1 258. 0 134. 01 m vm vmr R r r c c c v 1 2 2 2 0 00 2 2 0.5360.2580.258 3.73 111 ccc rmm vVVVVVV mmrm III2 2 3 2 III22 11 11 1101 c vr r vvmr rr r 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)28 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 尾流區(qū)風(fēng)特性尾流區(qū)風(fēng)特性 尾流區(qū)平均速度尾流區(qū)平均速度 u風(fēng)力機(jī)從

39、空氣氣流中吸收了能量和風(fēng)力機(jī)本身對(duì)空氣氣流的擾動(dòng)，風(fēng)力機(jī)從空氣氣流中吸收了能量和風(fēng)力機(jī)本身對(duì)空氣氣流的擾動(dòng)， 尾流區(qū)的速度有一個(gè)衰減和逐漸恢復(fù)的過(guò)程尾流區(qū)的速度有一個(gè)衰減和逐漸恢復(fù)的過(guò)程 尾流區(qū)中心線(xiàn)平均速度分布（尾流區(qū)中心線(xiàn)平均速度分布（Pasquill 穩(wěn)定級(jí)穩(wěn)定級(jí) E） 尾流區(qū)截面內(nèi)平均速度分布（ 尾流區(qū)截面內(nèi)平均速度分布（Pasquill 穩(wěn)定穩(wěn)定 級(jí)級(jí) D，m = 2.3） 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)29 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 背景湍流度對(duì)尾流中心線(xiàn)上的速度影響較大，背景湍流度越大，尾背景湍

40、流度對(duì)尾流中心線(xiàn)上的速度影響較大，背景湍流度越大，尾 流中心線(xiàn)上的速度越大流中心線(xiàn)上的速度越大 不同背景湍流度對(duì)區(qū)域不同背景湍流度對(duì)區(qū)域范圍的影響很大，背景湍流度越大，區(qū)域范圍的影響很大，背景湍流度越大，區(qū)域 范圍越小范圍越小 在背景湍流度為在背景湍流度為0時(shí)，區(qū)域時(shí)，區(qū)域延伸到延伸到24倍風(fēng)力機(jī)直徑附近，而當(dāng)倍風(fēng)力機(jī)直徑附近，而當(dāng) Pasquill 穩(wěn)定級(jí)穩(wěn)定級(jí)C時(shí)只延伸到約時(shí)只延伸到約4倍風(fēng)力機(jī)直徑處倍風(fēng)力機(jī)直徑處 背景湍流度越高，尾流區(qū)速度恢復(fù)越快背景湍流度越高，尾流區(qū)速度恢復(fù)越快 背景湍流度對(duì)尾流區(qū)中心線(xiàn)平均速度分布的影響背景湍流度對(duì)尾流區(qū)中心線(xiàn)平均速度分布的影響 華北電力大學(xué)華北電力

41、大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)30 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 尾流區(qū)脈動(dòng)速度尾流區(qū)脈動(dòng)速度 u在風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)內(nèi)，離風(fēng)力機(jī)越近的截面，脈動(dòng)速度均方根值越大，在風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)內(nèi)，離風(fēng)力機(jī)越近的截面，脈動(dòng)速度均方根值越大， u同一截面位置內(nèi)，離風(fēng)力機(jī)軸線(xiàn)越近，脈動(dòng)速度均方根值越大同一截面位置內(nèi)，離風(fēng)力機(jī)軸線(xiàn)越近，脈動(dòng)速度均方根值越大 。 u軸向和橫向的量階相同軸向和橫向的量階相同 尾流區(qū)截面內(nèi)脈動(dòng)速度分布尾流區(qū)截面內(nèi)脈動(dòng)速度分布 （a）軸向（）軸向（x方向）方向） （b）橫向（）橫向（y方向）方向） 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程

42、碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)31 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 尾流對(duì)風(fēng)力機(jī)性能的影響尾流對(duì)風(fēng)力機(jī)性能的影響 風(fēng)力機(jī)串列布置風(fēng)力機(jī)串列布置 u指下游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與上游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合的情況指下游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與上游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合的情況 u在在x/D = 4時(shí)，計(jì)算得到的最大風(fēng)輪功率系數(shù)為沒(méi)有尾流影響的時(shí)，計(jì)算得到的最大風(fēng)輪功率系數(shù)為沒(méi)有尾流影響的45%左右；在左右；在 x/D = 6時(shí)，為時(shí)，為65%左右；在左右；在x/D = 8時(shí)，為時(shí)，為75%左右；在左右；在x/D = 16時(shí)，為時(shí)，為97% 左右，尾流影響基本可以忽

43、略左右，尾流影響基本可以忽略 串列布置時(shí)尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪功率系數(shù)串列布置時(shí)尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪功率系數(shù) 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)32 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 風(fēng)力機(jī)斜置布置風(fēng)力機(jī)斜置布置 u指下游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與上游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)平行的情況指下游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與上游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)平行的情況 u兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)軸線(xiàn)之間的距離兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)軸線(xiàn)之間的距離W越大，尾流的影響就越小越大，尾流的影響就越小 u在同一尾流截面位置，湍流強(qiáng)度越大，尾流的影響區(qū)域越大在同一尾流截面位置，湍流強(qiáng)度越大，尾流的影響區(qū)域越

44、大 斜列布置時(shí)尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪功率系數(shù)斜列布置時(shí)尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪功率系數(shù) 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)33 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 u瑞典瑞典FFA在風(fēng)電場(chǎng)測(cè)量了尾流對(duì)風(fēng)力機(jī)功率輸出的影響。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在風(fēng)電場(chǎng)測(cè)量了尾流對(duì)風(fēng)力機(jī)功率輸出的影響。實(shí)測(cè)結(jié)果表明， 風(fēng)速為風(fēng)速為12m/s情況下，當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)串列相距情況下，當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)串列相距5D時(shí)，則處在尾流區(qū)的風(fēng)力時(shí)，則處在尾流區(qū)的風(fēng)力 機(jī)的功率輸出為無(wú)尾流干擾時(shí)的機(jī)的功率輸出為無(wú)尾流干擾時(shí)的60%左右；相距左右；相距9.5D時(shí)為時(shí)為80%左右左右 尾流區(qū)

45、風(fēng)力機(jī)功率輸出特性尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)功率輸出特性 下游風(fēng)力機(jī)與上游風(fēng)力下游風(fēng)力機(jī)與上游風(fēng)力 機(jī)交錯(cuò)布置可以在很大機(jī)交錯(cuò)布置可以在很大 程度上減少上游風(fēng)力機(jī)程度上減少上游風(fēng)力機(jī) 尾流的影響。這時(shí)，當(dāng)尾流的影響。這時(shí)，當(dāng) 兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸 線(xiàn)之間的距離大于線(xiàn)之間的距離大于3倍風(fēng)倍風(fēng) 力機(jī)直徑后，通?？梢粤C(jī)直徑后，通?？梢?不考慮兩列風(fēng)力機(jī)之間不考慮兩列風(fēng)力機(jī)之間 的尾流效應(yīng)的尾流效應(yīng) 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)34 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 尾流對(duì)風(fēng)力機(jī)載荷的影響尾流對(duì)風(fēng)力機(jī)載荷的影響 在

46、風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)內(nèi)，除了因氣流速度降低使下游風(fēng)力機(jī)的功率輸出減在風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)內(nèi)，除了因氣流速度降低使下游風(fēng)力機(jī)的功率輸出減 小外；還因來(lái)流湍流強(qiáng)度增加和湍流積分尺度的減小，使下游的風(fēng)力小外；還因來(lái)流湍流強(qiáng)度增加和湍流積分尺度的減小，使下游的風(fēng)力 機(jī)的動(dòng)態(tài)載荷增加機(jī)的動(dòng)態(tài)載荷增加 u當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)串列布置時(shí)，處在尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)葉片揮舞彎矩明當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)串列布置時(shí)，處在尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)葉片揮舞彎矩明 顯地增加，影響風(fēng)力機(jī)葉片的疲勞壽命顯地增加，影響風(fēng)力機(jī)葉片的疲勞壽命 尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)載荷特性尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)載荷特性 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)

47、35 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 風(fēng)力機(jī)布置風(fēng)力機(jī)布置 當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)選址后，在進(jìn)行風(fēng)力機(jī)排布時(shí)應(yīng)符合下列原則當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)選址后，在進(jìn)行風(fēng)力機(jī)排布時(shí)應(yīng)符合下列原則 ： 平坦地形上排布平坦地形上排布 u當(dāng)場(chǎng)址盛行風(fēng)向?yàn)橐粋€(gè)方向或兩個(gè)方向，且相互反方向時(shí)，則可當(dāng)場(chǎng)址盛行風(fēng)向?yàn)橐粋€(gè)方向或兩個(gè)方向，且相互反方向時(shí)，則可 沿盛行風(fēng)向斜置排布風(fēng)力機(jī)，前后排風(fēng)力機(jī)的間距取沿盛行風(fēng)向斜置排布風(fēng)力機(jī)，前后排風(fēng)力機(jī)的間距取5倍倍9倍風(fēng)力倍風(fēng)力 機(jī)風(fēng)輪直徑，風(fēng)力機(jī)的間距取機(jī)風(fēng)輪直徑，風(fēng)力機(jī)的間距取3倍倍5倍風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪直徑倍風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪直徑 u當(dāng)場(chǎng)址有多個(gè)盛行風(fēng)向時(shí)，則風(fēng)力機(jī)排布一般采用當(dāng)場(chǎng)址有多個(gè)盛行風(fēng)向時(shí)，

48、則風(fēng)力機(jī)排布一般采用“田田”形或圓形或圓 形分布，風(fēng)力機(jī)的間距應(yīng)相對(duì)大一些，通常取形分布，風(fēng)力機(jī)的間距應(yīng)相對(duì)大一些，通常取10倍倍12倍風(fēng)力機(jī)倍風(fēng)力機(jī) 風(fēng)輪直徑風(fēng)輪直徑 復(fù)雜地形上排布復(fù)雜地形上排布 u風(fēng)力機(jī)除了要考慮風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)外，還要充分考慮復(fù)雜地形繞風(fēng)力機(jī)除了要考慮風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)外，還要充分考慮復(fù)雜地形繞 流對(duì)風(fēng)力機(jī)性能和載荷的影響流對(duì)風(fēng)力機(jī)性能和載荷的影響 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)36 3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問(wèn)題 風(fēng)電場(chǎng)軟件風(fēng)電場(chǎng)軟件 國(guó)際上已開(kāi)發(fā)了商用的風(fēng)電場(chǎng)軟件，如國(guó)際上已開(kāi)發(fā)了商用的風(fēng)電場(chǎng)

49、軟件，如WAsP, Park, Wind Farmer, Windsim和和Windpro等，可對(duì)風(fēng)電場(chǎng)選址和風(fēng)力機(jī)排布起指導(dǎo)作用等，可對(duì)風(fēng)電場(chǎng)選址和風(fēng)力機(jī)排布起指導(dǎo)作用; 計(jì)算流計(jì)算流 體軟件也已經(jīng)試用于風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址體軟件也已經(jīng)試用于風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址(如如NUMECA軟件軟件) 。 WAsP（Wind Atlas Analysis and Application Programs）軟件）軟件 u由丹麥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（由丹麥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（RIS）風(fēng)能應(yīng)用開(kāi)發(fā)部開(kāi)發(fā)的風(fēng)資源分析處理軟件。）風(fēng)能應(yīng)用開(kāi)發(fā)部開(kāi)發(fā)的風(fēng)資源分析處理軟件。 u功能：對(duì)某地區(qū)進(jìn)行風(fēng)資源評(píng)估，評(píng)估時(shí)，考慮了不同地形表面粗糙度及功

50、能：對(duì)某地區(qū)進(jìn)行風(fēng)資源評(píng)估，評(píng)估時(shí)，考慮了不同地形表面粗糙度及 附近障礙物所產(chǎn)生的影響，同時(shí)還考慮了復(fù)雜地形對(duì)風(fēng)特性的地面影響；附近障礙物所產(chǎn)生的影響，同時(shí)還考慮了復(fù)雜地形對(duì)風(fēng)特性的地面影響； 可根據(jù)某一地區(qū)的風(fēng)資源情況推算出另一地區(qū)的風(fēng)資源，這對(duì)評(píng)估那些地可根據(jù)某一地區(qū)的風(fēng)資源情況推算出另一地區(qū)的風(fēng)資源，這對(duì)評(píng)估那些地 處偏僻、又無(wú)氣象資料記錄的地區(qū)的風(fēng)資源是非常有用的。處偏僻、又無(wú)氣象資料記錄的地區(qū)的風(fēng)資源是非常有用的。 u需要原始數(shù)據(jù)：氣象數(shù)據(jù)；地表面粗糙度數(shù)據(jù)；地面障礙物數(shù)據(jù)；復(fù)雜地需要原始數(shù)據(jù)：氣象數(shù)據(jù)；地表面粗糙度數(shù)據(jù)；地面障礙物數(shù)據(jù)；復(fù)雜地 形數(shù)據(jù)；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率曲線(xiàn)數(shù)據(jù)；場(chǎng)地參考坐標(biāo)等。形數(shù)據(jù)；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率曲線(xiàn)數(shù)據(jù)；場(chǎng)地參考坐標(biāo)等。 u輸出結(jié)果：平均風(fēng)速；風(fēng)向玫瑰圖；風(fēng)能密度；年發(fā)電量；地