中國近海的風(fēng)能資源

1、第一章 數(shù)字圖像處理概論 An Introduction to Database Systems第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v1.1 1.1 中國近海的盛興風(fēng)中國近海的盛興風(fēng)v1.1.中國地理環(huán)境中國地理環(huán)境第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源1月2.2.盛行風(fēng)盛行風(fēng)冬季和春季冬季和春季冬季：渤黃海盛行西北風(fēng)冬季：渤黃海盛行西北風(fēng) 南黃海和東海盛行北或東北風(fēng)南黃海和東海盛行北或東北風(fēng) 南海盛行東北風(fēng)南海盛行東北風(fēng)春季：渤海風(fēng)向較亂春季：渤海風(fēng)向較亂 黃海西北風(fēng)黃海西北風(fēng) 東海南海東北風(fēng)東海南海東北風(fēng)第一章第一

2、章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源7月臺風(fēng)臺風(fēng)“達(dá)維達(dá)維”臺風(fēng)臺風(fēng)“韋帕韋帕”2.2.盛興風(fēng)盛興風(fēng)夏季夏季 盛行西南風(fēng)盛行西南風(fēng)秋季秋季 盛行偏北風(fēng)盛行偏北風(fēng)臺風(fēng)影響：臺風(fēng)影響：夏半年（夏半年（5-95-9月）月）第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源1.21.2 利用實測資料分析近海風(fēng)能資源利用實測資料分析近海風(fēng)能資源1 1、近海風(fēng)的觀測手段、近海風(fēng)的觀測手段第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v2.2.測風(fēng)塔資料處理和計算測風(fēng)塔資料處理和計算v1)1)資料質(zhì)量檢驗資料質(zhì)量檢驗v觀測數(shù)據(jù)連續(xù)，有效完整率達(dá)觀測數(shù)據(jù)連續(xù)，有效完整率達(dá)90%90%v2 2）插補訂正

3、）插補訂正v異塔風(fēng)速訂正異塔風(fēng)速訂正v同塔風(fēng)速訂正同塔風(fēng)速訂正v氣象觀測站風(fēng)速訂正氣象觀測站風(fēng)速訂正第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v3 3）平均風(fēng)功率計算）平均風(fēng)功率計算( (與風(fēng)向垂直的單位面積中風(fēng)所具有的功率與風(fēng)向垂直的單位面積中風(fēng)所具有的功率) )311( )()2npiiDn PRT其中其中0.034()(353.05)expz TT平均風(fēng)功率密度平均風(fēng)功率密度W/mW/mpD2 2記錄數(shù)記錄數(shù)空氣密度空氣密度 kg/mkg/mn3 3i第第i i記錄的風(fēng)速記錄的風(fēng)速(m/s)(m/s)值值P年平均氣壓年平均氣壓R氣體常數(shù)氣體常數(shù)T開氏溫度開氏溫度z海拔高度海拔高度

4、第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v平均風(fēng)功率公式推導(dǎo)平均風(fēng)功率公式推導(dǎo)v單位面積為單位面積為1 1平方米平方米, ,則時間則時間t t內(nèi)吹過的空氣體積為內(nèi)吹過的空氣體積為V=vt,V=vt,空氣質(zhì)量為空氣質(zhì)量為m= xV= vt,m= xV= vt,空氣的動能為空氣的動能為E=0.5mv2=0.5E=0.5mv2=0.5* * t t* *v3,v3,所以所以311( )()2npiiDn 第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v有關(guān)風(fēng)功率的計算例題有關(guān)風(fēng)功率的計算例題v每臺風(fēng)力發(fā)電機的功率為每臺風(fēng)力發(fā)電機的功率為40kw40kw，風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為，風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為電

5、能的效率為電能的效率為20/10020/100，空氣密度是，空氣密度是1.291.29千克每立千克每立方米，當(dāng)?shù)厮斤L(fēng)速為方米，當(dāng)?shù)厮斤L(fēng)速為10m/s10m/s問發(fā)電機葉片長度為問發(fā)電機葉片長度為多少才能滿足設(shè)計要求？多少才能滿足設(shè)計要求？v答：設(shè)半徑為答：設(shè)半徑為R R，則扇葉覆蓋面積，則扇葉覆蓋面積S=3.14R2,S=3.14R2,則時則時間間t t內(nèi)吹過發(fā)電機的空氣體積為內(nèi)吹過發(fā)電機的空氣體積為V=Svt,V=Svt,空氣質(zhì)量為空氣質(zhì)量為m=1.29xV=1.29Svt,m=1.29xV=1.29Svt,空氣的動能為空氣的動能為E=0.5mv2=0.5E=0.5mv2=0.5* *1

6、.29St1.29St* *v3,v=10m/s,v3,v=10m/s,所以所以E=645St,E=645St,轉(zhuǎn)化為的電能為轉(zhuǎn)化為的電能為e=0.2E=129St,e=0.2E=129St,所以所以P=e/t=129S=40kw=40000w,S=3.14R2,P=e/t=129S=40kw=40000w,S=3.14R2,最終的最終的R R約約等于等于10m/s10m/s第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v3 3船舶氣象觀測特點船舶氣象觀測特點v 觀測要素觀測要素v 觀測次數(shù)觀測次數(shù)v 觀測高度觀測高度第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源4.4.船舶氣象觀測資

7、料質(zhì)量控制船舶氣象觀測資料質(zhì)量控制1 1）資料一致性檢驗）資料一致性檢驗2 2）極值檢查）極值檢查5.5.中國近海的風(fēng)速分布中國近海的風(fēng)速分布1 1月月4 4月月中國近海平均風(fēng)速和風(fēng)向（1950-2008）7 7月月1010月月中國近海年平均風(fēng)速和盛行風(fēng)向第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v6.6.風(fēng)能計算和資源分布（風(fēng)能計算和資源分布（通過計算通過計算WeibullWeibull參數(shù)計算風(fēng)能）參數(shù)計算風(fēng)能）1( )()exp () xxf x 33(1)212expexp vvtN213112()exp () 2exp () exp () vvevvvdvvv 第一章第一章

8、中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源vWeibullWeibull兩參數(shù)估計通常使用的方法有最小二乘法、兩參數(shù)估計通常使用的方法有最小二乘法、平均風(fēng)速和標(biāo)準(zhǔn)差法、平均風(fēng)速和最大風(fēng)速法。平均風(fēng)速和標(biāo)準(zhǔn)差法、平均風(fēng)速和最大風(fēng)速法。v風(fēng)功率密度計算要求使用風(fēng)功率密度計算要求使用10min10min平均風(fēng)速，而船舶測平均風(fēng)速，而船舶測風(fēng)一般為每天風(fēng)一般為每天4 4次定時次定時2min2min平均風(fēng)速，所以需要進(jìn)行平均風(fēng)速，所以需要進(jìn)行時次訂正。時次訂正。10min與2min風(fēng)速的比例參數(shù)第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源6.6.風(fēng)能計算和風(fēng)能計算和 資源分布資源分布第一章第一章 中國近

9、海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源 1.31.3近海風(fēng)能資源數(shù)值模擬近海風(fēng)能資源數(shù)值模擬 1.1.風(fēng)能資源數(shù)值模擬現(xiàn)狀風(fēng)能資源數(shù)值模擬現(xiàn)狀 丹麥：丹麥：WAsP WAsP 網(wǎng)格尺度網(wǎng)格尺度2-5km2-5km 美國：美國：MesoMapMesoMap和和SiteWindSiteWind 中國：中國：WESTWEST第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v“太陽能和風(fēng)能資源評估太陽能和風(fēng)能資源評估”項目，美國項目，美國NRELNREL對我對我國東部和近海國東部和近海300300萬平方千米進(jìn)行了風(fēng)能資源評估萬平方千米進(jìn)行了風(fēng)能資源評估第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源 2.

10、2.中國氣象局風(fēng)能資源數(shù)值模擬系統(tǒng)中國氣象局風(fēng)能資源數(shù)值模擬系統(tǒng)“WERAS/CMA” 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源3.3.中國近海風(fēng)能資源模擬中國近海風(fēng)能資源模擬近近海海70m70m高高度度2020年年平平均均風(fēng)風(fēng)速速近近海海7070m m高高度度2020年年平平均均風(fēng)風(fēng)功功率率1.4 QuikSCAT1.4 QuikSCAT衛(wèi)星資料在近海風(fēng)能資源評估中的應(yīng)用衛(wèi)星資料在近海風(fēng)能資源評估中的應(yīng)用1.1.衛(wèi)星測量海面風(fēng)衛(wèi)星測量海面風(fēng)1)20031)2003年，年，“太陽能和風(fēng)能資源評估太陽能和風(fēng)能資源評估”，采用，采用QuikSCATQuikSCAT衛(wèi)星

11、遙感資料作為全球海上風(fēng)能資源評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。衛(wèi)星遙感資料作為全球海上風(fēng)能資源評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2 2）2004-20062004-2006年，丹麥開發(fā)了合成孔徑雷達(dá)（年，丹麥開發(fā)了合成孔徑雷達(dá)（SARSAR）圖）圖像分析系統(tǒng)。像分析系統(tǒng)。3 3）測風(fēng)散射計采用主動微波遙感方式，可穿透云層，）測風(fēng)散射計采用主動微波遙感方式，可穿透云層，全天候測量距海平面全天候測量距海平面10m10m高度的洋面風(fēng)場。高度的洋面風(fēng)場。第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v2.QuikSCAT2.QuikSCAT洋面風(fēng)場的探測原理和風(fēng)場反演洋面風(fēng)場的探測原理和風(fēng)場反演v1 1）探測原理）探測原理v雷達(dá)方程

12、雷達(dá)方程第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源0234( , )( , ) ( , )(4 )( , )rttbG x y G x y F x yPLPdxdyRx y雷達(dá)橫截面參數(shù)雷達(dá)橫截面參數(shù)*210020()( ,)44bctcGLP A PG A RR第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v訂正訂正v對于有云和降水條件下的測量值應(yīng)進(jìn)行校正。對于有云和降水條件下的測量值應(yīng)進(jìn)行校正。v校正方法：校正方法：vQuikSCAT/Sea-WindsQuikSCAT/Sea-Winds衛(wèi)星資料處理時，部分風(fēng)矢衛(wèi)星資料處理時，部分風(fēng)矢量產(chǎn)品對降雨區(qū)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)注時多采用其他

13、量產(chǎn)品對降雨區(qū)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)注時多采用其他相近時間、空間的微波輻射儀觀測資料相近時間、空間的微波輻射儀觀測資料4*2410ctrA R GGG FR dA 第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v2)2)風(fēng)場反演風(fēng)場反演v采用統(tǒng)計方法。困難：完全匹配很困難采用統(tǒng)計方法。困難：完全匹配很困難v解決辦法：將一系列觀測值帶入概率密度函數(shù)得解決辦法：將一系列觀測值帶入概率密度函數(shù)得到最大似然方程。求得到最大似然方程。求得“模糊模糊”的楊難免風(fēng)場。的楊難免風(fēng)場。假設(shè)每個假設(shè)每個“模糊模糊”的洋面風(fēng)場元素點與大于一個的洋面風(fēng)場元素點與大于一個風(fēng)測量單元空間距離外的風(fēng)場存在相關(guān)性。風(fēng)測量單元空間

14、距離外的風(fēng)場存在相關(guān)性。v風(fēng)場中模糊值去除：中值濾波法。風(fēng)場中模糊值去除：中值濾波法。v準(zhǔn)確度：準(zhǔn)確度：97%97%第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v3.QuikSCAT3.QuikSCAT資料與近海實測資料比較資料與近海實測資料比較v1 1）上海測風(fēng)塔對比）上海測風(fēng)塔對比v洋面以上洋面以上70m70m，60m60m，50m50m的相關(guān)系數(shù)達(dá)的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.990.99以上，以上，10m10m相關(guān)系數(shù)為相關(guān)系數(shù)為0.87.0.87.第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v2 2）渤海石油平臺對比分析）渤海石油平臺對比分析結(jié)論：衛(wèi)星與對應(yīng)時間實測風(fēng)速的分布形態(tài)基本結(jié)

15、論：衛(wèi)星與對應(yīng)時間實測風(fēng)速的分布形態(tài)基本一致一致v3 3）青島浮標(biāo)站比較分析）青島浮標(biāo)站比較分析第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v5.QuikSCAT5.QuikSCAT衛(wèi)星資料分析的中國近海資源分布衛(wèi)星資料分析的中國近海資源分布第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v6.6.月有效平均風(fēng)功率密度與盛行風(fēng)向分布月有效平均風(fēng)功率密度與盛行風(fēng)向分布1月2月3 3月月4 4月月5 5月月6 6月月7 7月月8 8月月9 9月月1010月月1111月月1212月月第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v7.7.

16、小結(jié)小結(jié)v1 1）QuikSCATQuikSCAT比實測數(shù)據(jù)大，比實測數(shù)據(jù)大，QuikSCATQuikSCAT與實測數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)相關(guān)性好，可以通過擬合的方法訂正衛(wèi)星遙感風(fēng)相關(guān)性好，可以通過擬合的方法訂正衛(wèi)星遙感風(fēng)速。速。v2 2）30 N30 N以南地區(qū)風(fēng)能密度較高，其中臺灣海峽是以南地區(qū)風(fēng)能密度較高，其中臺灣海峽是中國近海風(fēng)能密度最高區(qū)域；中國近海風(fēng)能密度最高區(qū)域；30 N30 N以北地區(qū)風(fēng)能以北地區(qū)風(fēng)能密度隨緯度的增減遞減，南海北部風(fēng)能密度由東密度隨緯度的增減遞減，南海北部風(fēng)能密度由東向西遞減。向西遞減。第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源1.51.5合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷

17、達(dá)(SAR)(SAR)在海上風(fēng)能資源評估中的應(yīng)用在海上風(fēng)能資源評估中的應(yīng)用1.1.星載星載SARSAR測量海面風(fēng)測量海面風(fēng)SARSAR的應(yīng)用：海洋權(quán)益、資源調(diào)查、環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)減的應(yīng)用：海洋權(quán)益、資源調(diào)查、環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)減災(zāi)和海洋科學(xué)研究災(zāi)和海洋科學(xué)研究 分辨率：分辨率：1km1km以上以上第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v2.ASAR2.ASAR圖像反演海面風(fēng)圖像反演海面風(fēng)v海面風(fēng)場的反演是利用雷達(dá)后向散射圖像根據(jù)經(jīng)海面風(fēng)場的反演是利用雷達(dá)后向散射圖像根據(jù)經(jīng)驗的地球物理模型函數(shù)進(jìn)行驗的地球物理模型函數(shù)進(jìn)行0( )( )1( ,)cos( ,)cos2rUABUCUv對于給定

18、的對于給定的 ，如果風(fēng)向已知，風(fēng)速就可得到。，如果風(fēng)向已知，風(fēng)速就可得到。0第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v風(fēng)向的確定方法：風(fēng)向的確定方法：v1 1）根據(jù)圖像中條紋）根據(jù)圖像中條紋的排列進(jìn)行推斷的排列進(jìn)行推斷v2 2）根據(jù)地（海）面）根據(jù)地（海）面點上的觀測資料向空點上的觀測資料向空間推廣間推廣v3 3）利用數(shù)值模擬的）利用數(shù)值模擬的風(fēng)向結(jié)果。風(fēng)向結(jié)果。東部近海東部近海2005.1.31 10m2005.1.31 10m高度風(fēng)場反演結(jié)果高度風(fēng)場反演結(jié)果第一章第一章 中國近海的風(fēng)能資源中國近海的風(fēng)能資源v3 ASAR3 ASAR衛(wèi)星遙感圖像的挑選衛(wèi)星遙感圖像的挑選v對于海面風(fēng)的物理繁衍，其理想的對于海面風(fēng)的物理繁衍，其理想的ASARASAR圖像挑選圖像挑選條件包括：條件包括：v圖像樣本不受時間限制圖像樣本不受時間限制v衛(wèi)星圖像在空間上完全重疊衛(wèi)星圖像在空間上完全重疊v上千張以上的圖像樣本量上千張以上的圖像樣本量v沒有大氣的影響沒有大氣的影響v海洋表面沒有其他因素的影響海洋表面沒有其他因素的影響包含早上和包含早上和晚上的圖像晚上的圖像排除只覆蓋給定排除只覆蓋給定區(qū)域邊緣的圖像區(qū)域邊緣的圖像