第一章-风能资源测量与评估.pdfVIP

文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

第一章风能资源概述

第一节风能基础知识

一、风的形成

风的形成是空气流动的结果，空气流动形成的动能称为风能。

空气的流动是由于不同区域空气的密度或者气压不同引起。大气压差是风产生的直接原

因。

改变空气密度主要方法

（1）加热或冷却

（2）外力作用

二、影响地球表面空气流动的主要因素

1、太阳辐射

赤道和低纬度地区太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度大，地面和大气接受热量

多、温度高；高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量少，温度低。

高纬度和低纬度之间的温度差异，形成南北之间的气压梯度，使空气做水平运动，风沿

垂直于等压线的方向从高压向低压吹。

2、地球自转

由于地球表面及空气间摩擦力的作用，地球自转过程中将带动地球表面的空气沿地球自

转的方向流动。

地球自转使空气发生偏向的力称为地转偏向力-科里奥利力。科里奥利力是对旋转体系

中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。

由于地转偏向力和高低纬度间压差所引起的压力的合力成为主导地球表层空气流动的

作用力。

3、地球表面陆地和海洋等地形分布的影响

（1）山坳和海峡改变气流运动的方向，使风速增大

（2）丘陵、山地因表面摩擦大而使风速减小

（3）山脉的阻挡作用导致局部风速的增加

4、局部热效应的影响

三风的种类

1、大气环流（三圈环流）——全球性的风

大气环流是在全球范围内空气沿一封闭轨迹的运动，是决定全球风能分布最基础、最重要的

因素。

了解当地的盛行风向对微观选址具有重要的意义，我们可以避开盛行风向上的障碍物，当

然，当地的地形条件对风向的分布也具有决定作用。

2、季风环流

季风现象：在一个大范围地区内其盛行风向或气压系统有明显的季度变化。

主要是由于海陆分布的热力差异及行星风带的季节转换所形成的。

1/10

文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

我国是一个典型的季风气候国家。无论风电场的选址或运行，季风特征必须认真考虑。

一般来讲在我国，季风的表现是：在冬季，风从陆地吹向海洋；在夏季，风从海洋吹

向陆地

3、局地环流

1、海（湖）陆风

2、山谷风

3、峡谷（峡管）风

峡谷效应使风速增大，不论是高大的山脉或是中小尺度的山脉只要存在峡谷或缢口河谷都有

峡管效应，因为在谷地中流场压缩，其风速将比两侧加强，即产生峡管效应。

4、地形加速（爬坡）风

当气流通过山地时，由于受到地形阻碍的影响，流场发生变化。在山的迎风面下部由于气

流受阻，风速减弱，且有上升气流。在山的顶部和两侧，因为气流线密集，风速加强。

四、风的描述

风速：风移动的速度，即单位时间空气流动所经过的距离。

风速是不稳定的随机变量，目前国际上对风力状况进行分析并作为计算风能资源的基本依据

是每小时的平均风速值。

每小时平均风速值测试方法：

1、将每小时内测量的瞬时风速取平均值；

2、将每小时最后10分钟内测量的风速取平均值作为每小时的平均风速值；

3、将每小时内几个瞬间测量的风速值取平均值

由每小时平均风速值为基础可计算出每日、每月、每年的平均风速值

风向：风吹来的方向。国际上通用的十六方位风向的表示方法。

风向玫瑰图：某地区某一期间各种风向出现的频率，通过放射状雷达图表示。

风向玫瑰图表示风向和风向频率。径向矢量的长度代表沿该方向的风吹过的时间的百分数，

数字则表示该方向的平均风速值。

风的特性：特性：周期性、多样性、复杂性

第二节风能资源的描述

1、大气边界层

大气边界层：受到地球表面摩擦力影响的大气层

大气边界层中，空气运动是一种随即的湍流流动。

大气边界层主要特征表现：

由于地球表面的摩擦阻力的影响，风速随高度变化

由于大气温度随高度变化所产生的温差引起空气上下对流流动

由于地球自转引起的科氏力的作用，随高度的增加，风向随高度变化

由于湍流运动引起动量的垂直变化，大气湍流特性随高度变化

2、地面边界层

底层和下部摩擦层总称为地面边界层，其高度定义为大气边界层的固定百分比（10%）。

风速随高度的变化规律称为风切变或风速轮廓线。

风切变与地面粗糙度和地面形貌有关，另外还取决于温度切变。