項目一風能資源測量與評估課件

項目一風能資源測量與評估山東職業(yè)學院機電裝備系新能源應用技術教研室

《風力發(fā)電技術》

主講教師：張為賓項目一風能資源測量與評估山東職業(yè)學院機電裝備系《風力發(fā)電1風的形成3風資源測量與評估2風的特征及測量主要內(nèi)容1風的形成3風資源測量與評估2風的特征及測量主要內(nèi)容任務1風的形成新能源介紹1風的特點2風的形成3任務1新能源介紹1風的特點2風的形成3一、新能源介紹指技術成熟且已被大規(guī)模利用的能源，如煤炭、石油、天然氣以及大中型水電都被看作常規(guī)能源。常規(guī)能源——指尚未大規(guī)模利用、正在積極研究開發(fā)的能源。相對于傳統(tǒng)能源，新能源具有污染少、儲量大，前景廣闊的特點。新能源——風能太陽能核能生物質(zhì)能地熱能海洋能氫能新能源一、新能源介紹指技術成熟且已被大規(guī)模利用的能源，如煤炭、石油一、新能源介紹風能利用一、新能源介紹風能利用二、風的特點風的特點1、風的變化性和不穩(wěn)定性。

由于氣候、時間及地理環(huán)境的影響，風的大小及方向都在瞬時變化著。風的不穩(wěn)定性，使我們對風能利用是將會有很多問題需要解決。2、風力大小隨海拔的升高而增大。

其根本原因是，隨著海拔的升高地球表面與空氣摩擦阻力的影響越來越小。3、空氣的密度隨海拔的升高而減小。

雖然海拔高出風比較大，但是由于空氣密度小，風能量并不大。二、風的特點風的特點二、風的特點

二、風的特點

二、風的特點2）平流層從對流層頂?shù)郊s50km的大氣層為平流層。在平流層下層，即30—35knl以下，溫度隨高度降低變化較小，氣溫趨于穩(wěn)定，所以又稱同溫層。在30—35km以上，溫度隨高度升高而升高。特點：一是空氣沒有對流運動；二是空氣比下層稀薄得多，水汽、塵埃的含量甚微，很少出現(xiàn)天氣現(xiàn)象；三是在高約15—35km范圍內(nèi)，有厚約20km的—層臭氧層，因臭氧具有吸收太陽光短波紫外線的能力，故使平流層的溫度升高。二、風的特點2）平流層二、風的特點3）中間層從平流層頂?shù)?0km高度稱為中間層。這一層空氣更為稀薄，溫度隨高度增加而降低。4）熱層從80km到約500km稱為熱層。這一層溫度隨高度增加而迅速增加，層內(nèi)溫度很高，晝夜變化很大，熱層下部尚有少量的水分存在，因此偶爾會出現(xiàn)銀白并微帶青色的夜光云。二、風的特點3）中間層二、風的特點5）逃逸層

熱層以上的大氣層稱為逃逸層。逃逸層空氣極為稀薄，其密度幾乎與太空密度相同，故又常稱為外大氣層。由于空氣受地心引力極小，氣體及微?？梢詮倪@層飛出地球致力場進入太空。逃逸層是地球大氣的最外層。逃逸層的溫度隨高度增加而略有增加。二、風的特點5）逃逸層三、風的形成風的形成

大氣的流動像水流一樣，從壓力高處向壓力低處流動，氣壓差越大，風也就越大。太陽能正是形成大氣壓差的原因。由于地球自轉軸與太陽的共轉軸存在66.5°的夾角，因此對地球上的不同地點，太陽照射的角度是不同的，而且對同一地點1年中這個角度也是變化的。地球上某處所接受的太陽輻射能與該地點太陽照射角的正弦成正比。三、風的形成風的形成三、風的形成三、風的形成三、風的形成1、氣壓梯度力

由于高低緯度之間的溫度差異，造成了南北向之間的氣壓梯度，由于氣壓梯度引起的力就叫氣壓梯度力。在氣壓梯度力的作用下，使空氣做水平運動，并沿垂直于等壓線的方向由高壓向低壓吹。在赤道和低緯度地區(qū)，太陽高度角大，日照時間長，太陽輻射強度大，地面和大氣接受熱量多，溫度較高；高緯度地區(qū)，太陽高度角小，日照時間短，太陽輻射強度小，地面和大氣接受熱量少，溫度低。三、風的形成1、氣壓梯度力三、風的形成2、地轉偏向力

地球自轉使空氣運動發(fā)生偏向力，這種力稱為“地轉偏向力”。在赤道附近，地轉偏向力為零，隨著緯度的增加而增大，在極地達到最大。

在這種力的作用下，

北半球氣流向右偏轉，

南半球氣流向左偏轉。三、風的形成2、地轉偏向力三、風的形成3、大氣環(huán)流

在地球上由于地球表面受熱不均，引起大氣層中空氣壓力不均衡，因此形成地面與高空的大氣環(huán)流。這種環(huán)流在地球自轉偏向力的作用下，形成了赤道到緯度30°N環(huán)流圈（哈德來環(huán)流）、緯度30°~60°N環(huán)流圈和緯度60°~90°N環(huán)流圈，這便是著名的“三圈環(huán)流”。三、風的形成3、大氣環(huán)流三、風的形成1）緯度30°N環(huán)流圈

在赤道附近，空氣受熱膨脹上升，造成赤道上空氣壓升高，空氣向極地方向流動。

以北半球為例，由于赤道附近地轉偏向力很小，空氣基本受氣壓梯度力影響，因此赤道上空的空氣由南向北流動。隨著緯度的增加，地轉偏向力逐漸加大，空氣運動向右偏轉。在緯度30°附近，偏角到達90°，地轉偏向力與氣壓梯度力相當，空氣運動方向與緯圈平行，所以在緯度30°附近上空，赤道來的氣流受到阻塞而聚積，氣流下沉，形成這一地區(qū)地面氣壓升高，就是所謂的“副熱帶高壓”。三、風的形成1）緯度30°N環(huán)流圈三、風的形成1）緯度30°N環(huán)流圈

副熱帶高壓下沉氣流分為兩支，一支從副熱帶高壓向南流動，指向赤道。在地轉偏向力的作用下，北半球吹東北風，風速穩(wěn)定且不大，約3~4級，這是所謂的信風，所以在南北緯30°之間的地帶稱為信風帶。這一支氣流補充了赤道上升氣流，構成了一個閉合的環(huán)流圈，稱此為哈德來環(huán)流，也叫做正環(huán)流圈。此環(huán)流圈南面上升，北面下沉。三、風的形成1）緯度30°N環(huán)流圈三、風的形成2）緯度30°~60°N環(huán)流圈

副熱帶高壓下沉氣流的另一支從副熱帶高壓向北流動的氣流，在地轉偏向力的作用下，北半球吹西風，且風速較大，這就是所謂的西風帶。在60°N附近處，西風帶遇到了由極地向南流來的冷空氣，被迫沿冷空氣上面爬升，在60°N地面出現(xiàn)一個副極地低壓帶。三、風的形成2）緯度30°~60°N環(huán)流圈三、風的形成2）緯度30°~60°N環(huán)流圈

副極地低壓帶的上升氣流，到了高空又分成兩股，一股向南，一股向北。向南的一股氣流在副熱帶地區(qū)下沉，構成一個中緯度閉合圈，正好與哈德來環(huán)流流向相反，此環(huán)流圈北面上升、南面下沉，所以叫反環(huán)流圈，也稱費雷爾環(huán)流圈；三、風的形成2）緯度30°~60°N環(huán)流圈三、風的形成3）緯度60°~90°N環(huán)流圈

副極地低壓帶的上升氣流的向北氣流，從上升到達極地后冷卻下沉，形成極地高壓帶，這股氣流補償了地面流向副極地帶的氣流，而且形成了一個閉合圈，此環(huán)流圈南面上升、北面下沉與哈德來環(huán)流流向類似的環(huán)流圈，因此也叫正環(huán)流。在北半球，此氣流由北向南，受地轉偏向力的作用，吹偏東風，在60°~90°之間，形成了極地東風帶。三、風的形成3）緯度60°~90°N環(huán)流圈三、風的形成4、季風環(huán)流

在一個大范圍地區(qū)內(nèi)，它的盛行風向或氣壓系統(tǒng)有明顯的季節(jié)變化，這種在1年內(nèi)隨著季節(jié)不同，有規(guī)律轉變風向的風，稱為“季風”。季風盛行地區(qū)的氣候又稱季風氣候。圖1-3海陸熱力差異引起季風示意圖a)冬季b)夏季三、風的形成4、季風環(huán)流圖1-3海陸熱力差異引起季風示意圖三、風的形成冬季，陸地比海洋冷，大陸氣壓高于海洋，氣壓梯度力自大陸指向海洋，風從大陸吹向海洋；夏季則相反，陸地很快變暖，海洋相對較冷，陸地氣壓低于海洋，氣壓梯度力由海洋指向大陸。圖1-3海陸熱力差異引起季風示意圖a)冬季b)夏季三、風的形成冬季，陸地比海洋冷，大陸氣壓高于海洋，氣壓梯度力三、風的形成5、局地環(huán)流1）海陸風

由于海陸物理屬性的差異，造成海陸受熱不均。a）海風

白天陸上溫升較海洋快，空氣上升，而海洋上空氣溫度相對較低，使地面有風白海洋吹向大陸，補充大陸地區(qū)上升氣流。而陸上的上升氣流流向海洋上空而下沉，補充海上吹向大陸氣流。這種白天風從海洋吹向大陸稱海風。三、風的形成5、局地環(huán)流三、風的形成b）陸風

夜間環(huán)流的方向正好相反，所以風從陸地吹向海洋。夜間風從陸地吹向海洋稱陸風。三、風的形成b）陸風三、風的形成2）山谷風

a）谷風

白天，山坡接受太陽光熱較多，空氣增溫較多；而山谷上空的空氣因離地較遠，增溫較少，于是山坡上的暖空氣不斷上升，并從山坡上空流向谷地上空，谷底的空氣則沿山坡向山頂補充，這樣便在山坡與山谷之間形成一個熱力環(huán)流。下層風由谷底吹向山坡，稱為谷風。三、風的形成2）山谷風三、風的形成2）山谷風b）山風

夜間，山坡上的空氣，受山坡輻射冷卻影響，空氣降溫較多，而谷地上空，同高度的空氣因離地面較遠，降溫較少。于是山坡上的冷空氣因密度大，順山坡流入谷地，谷底的空氣因匯合而上升，并從上面向山頂上空流去，形成與白天相反的熱力環(huán)流。下層風由山坡吹向谷地，稱為山風。三、風的形成2）山谷風任務2風的特征及測量風的基本特征1常用測風設備2風速風向儀使用3任務2風的基本特征1常用測風設備2風速風向儀使用3一、風的基本特征1、風速

風的大小常用風的速度來衡量，風速是單位時間內(nèi)空氣在水平方向上移動的距離，常用m/s、km/h、mile/h等來表示。

專門測量風速的儀器有旋轉式風速計、散熱式風速計和聲學風速計等。

風速儀安裝高度不同，所得到的風速結構也不同，它隨高度升高而增強，通常測風高度為10m。旋轉式風速計散熱式風速計聲學風速計一、風的基本特征1、風速旋轉式風速計散熱式風速計聲學風速計一、風的基本特征1）瞬時風速、平均風速

瞬時風速——在某一瞬間測得風速為瞬時風速；

平均風速——在某一段時間內(nèi)，瞬時風速的算術平均值，風速儀測得的風速是平均風速。

我們將年平均風速作為評價一個風場開發(fā)利用價值的重要指標，一般由當?shù)貧庀笈_站的歷年觀測統(tǒng)計數(shù)據(jù)給出。

風力發(fā)電機輪轂中心高度處的最小年平均風速，是判斷一個風電場開發(fā)是否經(jīng)濟的標準。以目前能源價格和上網(wǎng)電價為參照物，當年平均風速大于5m/s時，風能的開發(fā)才有經(jīng)濟價值。一、風的基本特征1）瞬時風速、平均風速一、風的基本特征2）風速頻率、風速變幅

風速頻率——在一定的時間內(nèi)，相同風速出現(xiàn)的時數(shù)占測量總時數(shù)的百分比。

風速變幅——在求得平均風速的限定時間內(nèi)，最大風速與最小風速之差。

對風能利用來說，既希望平均風速較高，又希望風速變幅越小越好，以保證風力發(fā)電機平穩(wěn)運行和便于控制。一、風的基本特征2）風速頻率、風速變幅一、風的基本特征3）啟動風速、切除風速、有效風速

啟動風速——可使風力發(fā)電機啟動運行的風速稱為啟動風速；風力發(fā)電機常取3m/s為啟動風速。

切除風速——風力發(fā)電機超速運行的上限風速稱為切除風速，大于切除風速時，風力發(fā)電機必須停轉，否則將有超速運轉而損壞的危險。風力發(fā)電機常取25m/s為切除風速。

有效風速——風力發(fā)電機常取3~25m/s的風速稱為有效風速，據(jù)此計算出來的風速頻率和風能稱為有效風頻和有效風能。

年平均風速大于3m/s的年小時數(shù)決定了風力發(fā)電機的工作效率及經(jīng)濟性，表明風電場在一年內(nèi)風力發(fā)電機可以起動工作的小時數(shù)。一、風的基本特征3）啟動風速、切除風速、有效風速一、風的基本特征4）參考風速和極限風速

參考風速——定義為50年一遇的、在輪轂高度處能持續(xù)10min的陣風平均風速。

極限風速——定義為1.4倍的參考風速。極限風速決定了風力發(fā)電機設計時的強度和剛度指標。

風力發(fā)電機要想安全地工作，風力發(fā)電機組及其零部件就必須保證在瞬時最大風速時不會損壞。一、風的基本特征4）參考風速和極限風速一、風的基本特征5）影響風速的主要因素a、垂直高度

從空氣運動角度，通常將1km以下的大氣層分為三個區(qū)域：

離地面2m以內(nèi)的區(qū)域稱為底層；

2~100m的區(qū)域稱為下部摩擦層，二者總稱為地面境界層；

從100~1000m區(qū)域稱為上部摩擦層，以上三個區(qū)域總稱為摩擦層；

摩擦層之上稱為自由大氣。

在地面境界層內(nèi)，空氣運動因受流黏性和地面摩擦的影響，風向大體一致，而風速則隨著垂直高度的增加而增大。一、風的基本特征5）影響風速的主要因素一、風的基本特征不同地形平坦地面的平均風速（m/s）3~56~8山間盆地0.95~0.850.85~0.80彎曲的河谷底0.80~0.700.70~0.60山背風坡0.90~0.800.80~0.70山迎風坡1.10~1.201.10峽谷口或山口1.30~1.401.20b、地形地貌表1-1不同地形與平坦地面的風速比值相對高度/m501002003005007001000比值1.381.501.601.701.801.841.90表1-2山頂與山麓的風速比值一、風的基本特征不同地形平坦地面的平均風速（m/s）3~56一、風的基本特征c、地理位置

由于陸地表面和海面對風的摩擦阻力不同，造成了海面上的風速比岸上的風速大，沿海的風速比內(nèi)陸的風速大。d、障礙物

風流經(jīng)障礙物時，會在其后面產(chǎn)生不規(guī)則的渦流，致使流速降低，這種渦流隨著遠離障礙物而逐漸消失。

當距離大于障礙物高度10倍以上時，渦流可完全消失，所以在障礙物下設置風力發(fā)電機時，應遠離其高度10倍以上。一、風的基本特征c、地理位置一、風的基本特征

一、風的基本特征

一、風的基本特征等級名稱相當于平地10米高處的風速陸上地物征象海面和漁船征象海面浪高（m）風壓（10N/m2）m/skm/h一般最高0無風0.0-0.2＜1靜，煙直上。海面平靜。--0-0.00251軟風0.3-1.51-5煙能表示風向，但風向標不能轉動。微波如魚鱗狀，沒有浪花。一艘漁船正好能使舵。0.10.10.0056-0.0142輕風1.6-3.36-11人面感覺有風，樹葉微響，風向標能轉動。小波，波長尚短，但波形顯著，波峰呈玻璃色但不破裂。漁船張帆時，可隨風移動每小時1～2海里。0.20.30.016-0.683微風3.4-5.412-19樹葉和微枝搖動不息，旌旗展開。小波加大，波峰開始破裂；浪沫光亮，有時可有散見的白浪花。漁船開始簸動，張帆隨風移動每小時3～4海里。0.61.00.72-1.824和風5.5-7.920-28能吹起地面灰塵和紙張，樹的小枝搖動。小浪，波長變長；白浪成群出現(xiàn)。漁船滿帆時，可使船身傾于一側。1.01.51.89-3.95清勁風8.0-10.729-38有葉的小樹搖擺，內(nèi)陸的水面有小波。中浪，具有較顯著的長波形狀；許多白浪形成（偶有飛沫）。漁船需縮帆一部分。2.02.54-7.166強風10.8-13.839-49大樹枝搖動，電線呼呼有聲，張傘困難。輕度大浪開始形成；到處都有更大的白沫峰（有時有些飛沫）。漁船縮帆大部分，并注意風險。3.04.07.29-11.9表1-3風級、風速和征象對照表一、風的基本特征等級名稱相當于平地10米高處的風速陸上地物征一、風的基本特征等級名稱相當于平地10米高處的風速陸上地物征象海面和漁船征象海面浪高（m）風壓（10N/m2）m/skm/h一般最高7疾風13.9-17.150-61全樹搖動，迎風步行感到不便。輕度大浪，碎浪成白沫沿風向呈條狀。漁船不再出港，在海者下錨。4.05.512.08-18.288大風17.2-20.762-74折毀微枝，迎風步行感到阻力甚大。有中度的大浪，波長較長，波峰邊緣開始破碎成飛沫片；白沫沿風向呈明顯的條帶。所有近海漁船都要靠港，停留不出。5.57.518.49-26.789烈風20.8-24.475-88建筑物有小損（煙囪頂蓋和平瓦移動）?？窭?，沿風向白沫呈濃密的條帶狀，波峰開始翻滾，飛沫可影響能見度。機帆船航行困難。7.010.027.04-37.2110狂風24.5-28.489-102陸上少見，見時可使樹木拔起，建筑物損壞較重?？駶ǚ彘L而翻卷；白沫成片出現(xiàn)，沿風向呈白色濃密條帶；整個海面呈白色；海面顛簸加大，有震動感，能見度受影響。機帆船航行頗危險。9.012.537.52-50.4111暴風28.5-32.6103-117陸上很少見，有則必有廣泛損壞。異?？駶ㄖ行〈豢梢粫r隱沒在浪后）；海面完全被沿風向吹出的白沫片所掩蓋；波浪到處破成泡沫；能見度受影響。機帆船遇之極危險。11.516.050.77-66.4212颶風32.7-36.9118-133陸上絕少見，摧毀力極大。空氣中充滿白色的浪花和飛沫；海面完全變白，能見度嚴重地受到影響。14.0—

66.42-85.113

37.0-41.4134-149

14

41.5-46.1150-166

15

46.2-50.9167-183

16

51.0-56.0184-201

17

56.1-61.2202-220

18

≥61.3≥221

表1-3風級、風速和征象對照表一、風的基本特征等級名稱相當于平地10米高處的風速陸上地物征一、風的基本特征一、風的基本特征一、風的基本特征一、風的基本特征一、風的基本特征3、風向

風向是指風吹來的方向，如果風從東面吹來，則稱為東風。觀測陸地上的風向一般采用16個方位（海上的風向通常采用32個方位），即以正北為零，順時針沒轉過22.5°為一個方位，如圖1-7所示。靜風記為C。一、風的基本特征3、風向一、風的基本特征3、風向

風玫瑰圖——各種風向出現(xiàn)頻率常用風玫瑰圖來表示。風玫瑰圖是在極坐標圖上，點出某年或某月各種風向出現(xiàn)的頻率，稱為風向玫瑰圖。

同理，統(tǒng)計各種風向上的平均速度和風能的圖，分別稱為風速玫瑰圖和風能玫瑰圖。風向玫瑰圖一、風的基本特征3、風向風向玫瑰圖一、風的基本特征

一、風的基本特征

二、常用測風設備1、風速計1）杯式風速計：

它由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應部分，空杯的凹面都順向一個方向。整個感應部分安裝在一根垂直旋轉軸上，在風力的作用下，風杯繞軸以正比于風速的轉速旋轉。轉速可以用電觸點、測速發(fā)電機或光電計數(shù)器等記錄。二、常用測風設備1、風速計二、常用測風設備2）螺旋槳式風速計：

它是一組三葉或四葉螺旋槳繞水平軸旋轉的風速計，通過尾翼使其旋轉平面始終正對風的來風速計向，它的轉速正比于風速。二、常用測風設備2）螺旋槳式風速計：二、常用測風設備3）熱線風速計：

熱線風速計是采用一根被電流加熱的金屬絲，流動的空氣使它散熱，利用散熱速率和風速的平方根成線性關系，再通過電子線路線性化，即可制成熱線風速計。旁熱式的熱線一般為錳銅絲，其電阻溫度系數(shù)近于零，它的表面另置有測溫元件。直熱式的熱線多為鉑絲，在測量風速的同時可以直接測定熱線本身的溫度。

熱線風速計在小風速時靈敏度較高，適用于對小風速測量，是大氣湍流和農(nóng)業(yè)氣象測量的重要工具。二、常用測風設備3）熱線風速計：二、常用測風設備4）數(shù)字風速儀：

數(shù)字風速儀是專為各種大型機械設備研制開發(fā)的大型智能風速傳感報警設備，其內(nèi)部采用了先進數(shù)字風速儀的微處理器作為控制核心，外圍采用了先進的數(shù)字通訊技術。

數(shù)字風速儀用于測量瞬時風速和平均風速，具有自動監(jiān)測、實時顯示、超限報警控制等功能。二、常用測風設備4）數(shù)字風速儀：二、常用測風設備5）聲學風速計：

在聲波傳播方向的風速分量將改變聲波傳播速度，利用這種特性制作的聲學風速表可用來測量風速分量。

聲學風速表至少有兩對感應元件，每對包括發(fā)聲器和接收器各一個。使兩個發(fā)聲器的聲波傳播方向相反，如果一組聲波順著風速分量傳播，另一組恰好逆風傳播，則兩個接收器收到聲脈沖的時間差值將與風速分量成正比。如果同時在水平和鉛直方向各裝上兩對元件，就可以分別計算出水平風速、風向和鉛直風速。二、常用測風設備5）聲學風速計：二、常用測風設備（2）風速記錄

1）機械式：當風速感應器旋轉時，通過蝸桿帶動蝸輪轉動，再通過齒輪系統(tǒng)帶動指針旋轉，從刻度盤上直接讀出風的行程，除以時間得到平均風速。

2）電接式：由風杯驅(qū)動的蝸桿，通過齒輪系統(tǒng)連接到一個偏心凸輪上，風杯旋轉一定圈數(shù)，凸輪使相當于開關作用的兩個接點閉合或打開，完成一次接觸，表示一定的風程。

3）電機式：風速感應器驅(qū)動一個小型發(fā)電機中的轉子，輸出與風速感應器轉速成正比的交變電流，輸出到風速的指示系統(tǒng)。

4）光電式：風速旋轉軸上裝有一個圓盤，盤上有等距的孔，孔上面有一個紅外光源，正下方有一個光電半導體，風杯帶動圓盤轉動時，形成光脈沖信號，每一個脈沖信號表示一定的風行程。二、常用測風設備（2）風速記錄二、常用測風設備（2）風速記錄

風速大小與風速計安裝高度和觀測時間有關系。世界各國基本上都以10m高度處觀測為依據(jù)，但是取多長時間的平均風速不統(tǒng)一，有取1min、2min、10min平均風速，有取1h平均風速，也有取瞬時風速等。

我國氣象站觀測時有3種風速，一日4次時2min平均風速、自記10min平均風速和瞬時風速、風能資源計算時，都用自記10min平均風速。極端風速計算時，用最大風速（10min平均最大風速）或瞬時風速。二、常用測風設備（2）風速記錄二、常用測風設備2、風向標

風向標是測量風向的常用裝置，有單翼型、雙翼型和流線型。風向標一般由尾翼、指向桿，平衡錘及旋轉主軸四部分組成的首尾不對稱的平衡裝置。其重心在支撐軸的軸心上，整個風向標可以繞垂直軸自由擺動。在風的動壓力作用下，取得指向風的來向的一個平衡位置，即為風向的指示。傳送和指示風向所在方位的方法有很多，有電觸點盤、環(huán)形電位、自整角機和光電碼盤四種類型，其中最常用的是碼盤。風速儀一般安裝在離地10m的高度上。二、常用測風設備2、風向標二、常用測風設備表1-4風向標具體參數(shù)輸出類型電流輸出型電壓輸出型RS485型量

程0-360度16個方向供電電壓DC12V~24V輸出信號4-20mA（三線制）1-5V或者0-5V

負載能力≤500Ω≥2KΩ

使用環(huán)境-15℃~+85℃，相對濕度10-90%，非凝結啟動風力≥0.8m/s整體功耗（DC24V）≤0.7W≤0.3W≤0.3W重量≤0.5Kg二、常用測風設備表1-4風向標具體參數(shù)輸出類型電流輸出型電二、常用測風設備方位信號輸出類型電壓信號(0-5V)電壓信號(1-5V)電流信號(4-20mA)北5V5V4mA東北偏北0.31V1.25V5mA東北0.63V1.5V6mA東北偏東0.94V1.75V7mA東1.25V2V8mA東南偏東1.56V2.25V9mA東南1.88V2.5V10mA東南偏南2.19V2.75V11mA南2.5V3V12mA西南偏南2.81V3.25V13mA西南3.13V3.5V14mA西南偏西3.44V3.75V15mA西3.75V4V16mA西北偏西4.06V4.25V17mA西北4.38V4.5V18mA西北偏北4.69V4.75V19mA表1-5風向標信號輸出類型表二、常用測風設備方位信號輸出類型電壓信號(0-5V)電壓信二、常用測風設備

a）電壓電流型輸出接口b）RS485型輸出結構圖1-15風向標輸出接口圖二、常用測風設備a）電壓電流型輸出接口三、風速風向儀使用PROFESSIONAL-IX型機械式風速風向儀三、風速風向儀使用PROFESSIONAL-IX型機械式風速三、風速風向儀使用PROFESSIONAL-IX型機械式風速風向儀項目風速儀風向標測量范圍0.4...50m/s0...360°精確度±2%FS（風速范圍0.4…50m/s）±1°分辨率<0.1m/s<1°啟動風速0.4m/s0.4m/s輸出0...10VDC=0.4...50m/s0...10VDC=0...360°防護等級IP65IP65供電24VDC(20...28VDC)24VDC(20...28VDC)加熱方式通體加熱max.125W通體加熱max.125W加熱電源24VDC5.5A與供電電源分開，獨立電源24VDC5.5A與供電電源分開，獨立電源工作溫度-40...+70°C-40...+70°C儲存溫度-40...+70°C-40...+70°C殼體材質(zhì)重防腐雙重陽極處理鋁合金重防腐雙重陽極處理鋁合金測量部件材質(zhì)轉杯:雙重陽極處理鋁鎂合金風標:雙重陽極處理鋁鎂合金最大相對濕度100%100%浪涌保護有,不會損壞有,不會損壞靜電保護有,不會損壞有,不會損壞容錯保護接錯線傳感器不會損壞*接錯線傳感器不會損壞*電纜總長度/m12米12米凈重/kg0.8Kg0.8Kg三、風速風向儀使用PROFESSIONAL-IX型機械式風速三、風速風向儀使用二、內(nèi)部連接及布局風速計傳感器信號線：1、棕色：傳感器信號電源正極；2、白色：傳感器信號電源負極；3：藍色：傳感器信號輸出正極；4、黑色：傳感器信號輸出負極。風速計加熱器電源線：1、棕色：加熱器電源正極；2、藍色：加熱器電源負極。三、風速風向儀使用二、內(nèi)部連接及布局三、風速風向儀使用二、內(nèi)部連接及布局風向標傳感器信號線：1、棕色：傳感器信號電源正極；2、白色：傳感器信號電源負極；3：藍色：傳感器信號輸出正極；4、黑色：傳感器信號輸出負極。風向標風速計加熱器電源線：1、棕色：加熱器電源正極；2、藍色：加熱器電源負極。三、風速風向儀使用二、內(nèi)部連接及布局三、風速風向儀使用三、設備使用1、風向標標定

在風向標安裝完畢以后，必須設定其指北。

找到風向標上的N標志，然后使其指向地理為止的正北；

找到風標，然后轉動他直至風向標上標明N標志的位置，然后用膠帶固定住。

當風標已經(jīng)按照此方法固定住以后，就可以通過在中軸線上轉動風標來找到參照點，這時必須轉動風向標外殼知道風標后端的小鐵托指向正北方向的參照點。整個指北過程完成。

如果因為當?shù)氐匦位蚱渌驘o法找到參照點，則可以使用南作為參照點。這是就必須保證在風向標的N標志不是指向參照點，而是參照點的反方向。三、風速風向儀使用三、設備使用三、風速風向儀使用2、電氣連接PROFESSIONAL-IX風速儀風向標通過一根15米電纜連接到風機控制系統(tǒng)上；電纜必須要用必要的工裝固定住，因為不固定的安裝會極大的降低線纜的強度（在固定安裝的情況下，線纜能耐零下40度的低溫，但是不固定情況下最低只能下降在零下20度左右），建議在固定時從風速儀風向標本體向下放置線纜時留一個較大的弧線，以保證今后拆線纜時能方便些。

注意：為了保證不被電磁感應影響到測試精度，風速儀風向標必須接地，并且從兩面進行屏蔽。而且請確保電纜在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)側是受防潮保護的。總體來說，帶有為了放置抄起進入終端控制盒的橡膠接頭的Pg插孔可以提供足夠的防護。三、風速風向儀使用2、電氣連接三、風速風向儀使用3、加熱

傳感器內(nèi)部帶有自動控制的溫度傳感器。當外部溫度低于3°時，加熱開關開啟，開始加熱。當外部溫度高于5°時，加熱開關關閉，停止加熱。加熱器設備的功率是125瓦，其中傳感器頂部，風標風杯的載體一整塊金屬箔片本身也是加熱器。所以能確保在極低的溫度下，風速儀風向標都能夠正常工作。

特別注意：由于加熱器功率較大，所以其供電電源要與傳感器自身的供電電源分開，需要一個獨立的24V，5.5A的電源模塊來給其供電。加熱器的電源線纜是從傳感器的側面引出來的獨立的線。三、風速風向儀使用3、加熱任務3風資源測量與評估風能資源評估方法1風資源測評程序2風能可利用區(qū)劃分3任務3風能資源評估方法1風資源測評程序2風能可利用區(qū)劃分3一、風能資源評估方法風能資源評估方法

風能資源評估方法可分為統(tǒng)計分析法和數(shù)值模擬法兩類，其中統(tǒng)計分析法又可分為基于氣象站歷史觀測資料的統(tǒng)計分析法和基于測風塔觀測資料的統(tǒng)計分析方法兩種。

在一個給定的地區(qū)內(nèi)調(diào)查風能資源時，可以劃分為三種基本的風能資源評估的規(guī)?；螂A段：區(qū)域的初步識別、區(qū)域風能資源估計和微觀選址。

1）區(qū)域的初步識別

這個過程是從一個相對大的區(qū)域中篩選合適的風能資源區(qū)域，篩選是基于氣象站測風資料、地貌、被風吹得傾向一側的樹木和其它標志物等。在這個階段可以選擇新的測風位置。一、風能資源評估方法風能資源評估方法一、風能資源評估方法2）區(qū)域風能資源估計

這個階段要采用測風計劃以表征一個指定區(qū)域或一組區(qū)域的風能資源，這些區(qū)域已經(jīng)考慮要發(fā)展風電。在這個規(guī)模上測風最基本的目標是：

①確定和驗證該區(qū)域內(nèi)是否存在充足的風能資源，以支持進一步的具體場址調(diào)查；

②比較各區(qū)域以辨別相對發(fā)展?jié)摿Γ?/p>

③獲得代表性資料來估計選擇的風電機組的性能及經(jīng)濟性；

④篩選潛在的風電機組安裝場址。3）微觀選址

用來為一臺或更多風電機組定位，以使風電場的全部電力輸出最大，風電機組排布最佳。一、風能資源評估方法2）區(qū)域風能資源估計二、風資源測評程序二、風資源測評程序二、風資源測評程序二、風資源測評程序二、風資源測評程序2）測風步驟

現(xiàn)場測風的目的是獲取準確的風電場選址區(qū)的風況數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)具有代表性、準確性和完整性。因此應制定嚴格的測風計劃和步驟。

①制定測風原則

為了能夠確定在各種時間和空間條件下風能變化的特性，需要測量風速、風向和湍流特性，測風時間應連續(xù)至少一年以上，連續(xù)漏測時間不應大于全年的1%，有效數(shù)據(jù)不能少于全部測風時間的90%。

②測風設備選定

選用精度高、性能好、功耗低的自動測風設備，并具有抗自然災害和人為破壞、保護數(shù)據(jù)安全準確的功能。

二、風資源測評程序2）測風步驟二、風資源測評程序③確定測風方案

測風方案依測風的目的分為短期臨時測風和長期測風方案。對于復雜地形，需增設測風塔及測風設備，應視現(xiàn)場具體情況而定。④測風位置確定

測風應在空曠的開闊地進行，盡量遠離高大樹木和建筑物，充分考慮地形和障礙物的影響。⑤測風數(shù)據(jù)文件的記錄

記錄內(nèi)容應包括數(shù)據(jù)文件名稱、采集開始和結束時間、測風塔編號、海拔及經(jīng)緯度等。⑥測風數(shù)據(jù)的提取、存儲和保存

數(shù)據(jù)存儲至少備份2份保存歸檔，分別存放在安全地方。二、風資源測評程序③確定測風方案三、風能可利用區(qū)的劃分三、風能可利用區(qū)的劃分

風功率密度蘊含著風速、風速頻率分布和空氣密度的影響，是衡量風能資源的綜合指標。風功率密度等級是在“風電場風能資源評估方法”中給出了7個級別。風功率密度等級10m高度30m高度50m高度應用于并網(wǎng)風力發(fā)電機風功率密度（W/m2）年平均風速參考值（m/s）風功率密度（W/m2）年平均風速參考值（m/s）風功率密度（W/m2）年平均風速參考值（m/s）1<1004.4<1605.1<1005.6

2100~1505.1160~2405.9100~1506.4

3150~2005.6240~3206.5150~2007.0較好4200~2506.0320~4007.0200~2507.5好5250~3006.4400~4807.4250~3008.0很好6300~4007.0480~6408.2300~4008.8很好7400~10009.4640~160011.0400~100011.9很好三、風能可利用區(qū)的劃分三、風能可利用區(qū)的劃分風功率密度等級1三、風能可利用區(qū)的劃分測風塔三、風能可利用區(qū)的劃分測風塔三、風能可利用區(qū)的劃分我國風能區(qū)域等級劃分的標準是：1）風資源豐富區(qū)：

年有效風功率密度大于200W/m2，3~20m/s風速的年累積小時數(shù)大于5000h，年平均風速大于6m/s；2）風資源次豐富區(qū)：

年有效風功率密度大于200~150W/m2，3~20m/s風速的年累積小時數(shù)大于5000h~4000h，年平均風速在5.5m/s左右；3）風資源可利用區(qū)：

年有效風功率密度大于150~100W/m2，3~20m/s風速的年累積小時數(shù)大于4000h~2000h，年平均風速在5m/s左右；4）風資源貧乏區(qū)：

年有效風功率密度小于100W/m2，3~20m/s風速的年累積小時數(shù)小于2000h，年平均風速小于5m/s。三、風能可利用區(qū)的劃分我國風能區(qū)域等級劃分的標準是：三、風能可利用區(qū)的劃分風資源豐富區(qū)和較豐富區(qū)，具有較好的風能資源，是理想的風電場建設區(qū)；風能資源可利用區(qū)，有效風功率密度較低，這對電能緊缺地區(qū)還是有相當?shù)睦脙r值。實際上較低的年有效風功率密度也只是對宏觀的大區(qū)域而言，而在大區(qū)域內(nèi)，由于地形有可能存在局部的小區(qū)域大風區(qū)，因此應具體問題具體分析，通過對這種地區(qū)進行精確的風能資源測量，詳細地分析實際情況，選出最佳區(qū)域建設風電場。風資源貧乏區(qū)，風功率密度很低，對大型并網(wǎng)型風力發(fā)電機組一般無利用價值。三、風能可利用區(qū)的劃分風資源豐富區(qū)和較豐富區(qū)，具有較好的風能三、風能可利用區(qū)的劃分圖1-9

中國風能分布三、風能可利用區(qū)的劃分圖1-9

中國風能分布三、風能可利用區(qū)的劃分圖1-10

年平均風功率密度分布圖1-10

年平均風功率密度分布三、風能可利用區(qū)的劃分圖1-10

年平均風功率密度分布圖1三、風能可利用區(qū)的劃分圖1-11

全國平均風速分布圖三、風能可利用區(qū)的劃分圖1-11

全國平均風速分布圖三、風能可利用區(qū)的劃分圖1-12

中國全年風速大于3m/s小時數(shù)分布圖三、風能可利用區(qū)的劃分圖1-12

中國全年風速大于3m/s小四、風電場相關標準及報告舉例風電場相關標準及報告舉例GB/T18710-2002風電場風能資源評估方法風電場工程設計導則(中國華電)大唐新能源昔陽西寨風電場工程選址研究報告四、風電場相關標準及報告舉例項目一風能資源測量與評估課件我們正年輕，讓努力變成常態(tài)，用逆襲創(chuàng)造傳奇。變革?創(chuàng)新?共贏我們正年輕，讓努力變成常態(tài)，用逆襲創(chuàng)造傳奇。變革?創(chuàng)新項目一風能資源測量與評估山東職業(yè)學院機電裝備系新能源應用技術教研室

《風力發(fā)電技術》

主講教師：張為賓項目一風能資源測量與評估山東職業(yè)學院機電裝備系《風力發(fā)電1風的形成3風資源測量與評估2風的特征及測量主要內(nèi)容1風的形成3風資源測量與評估2風的特征及測量主要內(nèi)容任務1風的形成新能源介紹1風的特點2風的形成3任務1新能源介紹1風的特點2風的形成3一、新能源介紹指技術成熟且已被大規(guī)模利用的能源，如煤炭、石油、天然氣以及大中型水電都被看作常規(guī)能源。常規(guī)能源——指尚未大規(guī)模利用、正在積極研究開發(fā)的能源。相對于傳統(tǒng)能源，新能源具有污染少、儲量大，前景廣闊的特點。新能源——風能太陽能核能生物質(zhì)能地熱能海洋能氫能新能源一、新能源介紹指技術成熟且已被大規(guī)模利用的能源，如煤炭、石油一、新能源介紹風能利用一、新能源介紹風能利用二、風的特點風的特點1、風的變化性和不穩(wěn)定性。

由于氣候、時間及地理環(huán)境的影響，風的大小及方向都在瞬時變化著。風的不穩(wěn)定性，使我們對風能利用是將會有很多問題需要解決。2、風力大小隨海拔的升高而增大。

其根本原因是，隨著海拔的升高地球表面與空氣摩擦阻力的影響越來越小。3、空氣的密度隨海拔的升高而減小。

雖然海拔高出風比較大，但是由于空氣密度小，風能量并不大。二、風的特點風的特點二、風的特點

二、風的特點

二、風的特點2）平流層從對流層頂?shù)郊s50km的大氣層為平流層。在平流層下層，即30—35knl以下，溫度隨高度降低變化較小，氣溫趨于穩(wěn)定，所以又稱同溫層。在30—35km以上，溫度隨高度升高而升高。特點：一是空氣沒有對流運動；二是空氣比下層稀薄得多，水汽、塵埃的含量甚微，很少出現(xiàn)天氣現(xiàn)象；三是在高約15—35km范圍內(nèi)，有厚約20km的—層臭氧層，因臭氧具有吸收太陽光短波紫外線的能力，故使平流層的溫度升高。二、風的特點2）平流層二、風的特點3）中間層從平流層頂?shù)?0km高度稱為中間層。這一層空氣更為稀薄，溫度隨高度增加而降低。4）熱層從80km到約500km稱為熱層。這一層溫度隨高度增加而迅速增加，層內(nèi)溫度很高，晝夜變化很大，熱層下部尚有少量的水分存在，因此偶爾會出現(xiàn)銀白并微帶青色的夜光云。二、風的特點3）中間層二、風的特點5）逃逸層

熱層以上的大氣層稱為逃逸層。逃逸層空氣極為稀薄，其密度幾乎與太空密度相同，故又常稱為外大氣層。由于空氣受地心引力極小，氣體及微粒可以從這層飛出地球致力場進入太空。逃逸層是地球大氣的最外層。逃逸層的溫度隨高度增加而略有增加。二、風的特點5）逃逸層三、風的形成風的形成

大氣的流動像水流一樣，從壓力高處向壓力低處流動，氣壓差越大，風也就越大。太陽能正是形成大氣壓差的原因。由于地球自轉軸與太陽的共轉軸存在66.5°的夾角，因此對地球上的不同地點，太陽照射的角度是不同的，而且對同一地點1年中這個角度也是變化的。地球上某處所接受的太陽輻射能與該地點太陽照射角的正弦成正比。三、風的形成風的形成三、風的形成三、風的形成三、風的形成1、氣壓梯度力

由于高低緯度之間的溫度差異，造成了南北向之間的氣壓梯度，由于氣壓梯度引起的力就叫氣壓梯度力。在氣壓梯度力的作用下，使空氣做水平運動，并沿垂直于等壓線的方向由高壓向低壓吹。在赤道和低緯度地區(qū)，太陽高度角大，日照時間長，太陽輻射強度大，地面和大氣接受熱量多，溫度較高；高緯度地區(qū)，太陽高度角小，日照時間短，太陽輻射強度小，地面和大氣接受熱量少，溫度低。三、風的形成1、氣壓梯度力三、風的形成2、地轉偏向力

地球自轉使空氣運動發(fā)生偏向力，這種力稱為“地轉偏向力”。在赤道附近，地轉偏向力為零，隨著緯度的增加而增大，在極地達到最大。

在這種力的作用下，

北半球氣流向右偏轉，

南半球氣流向左偏轉。三、風的形成2、地轉偏向力三、風的形成3、大氣環(huán)流

在地球上由于地球表面受熱不均，引起大氣層中空氣壓力不均衡，因此形成地面與高空的大氣環(huán)流。這種環(huán)流在地球自轉偏向力的作用下，形成了赤道到緯度30°N環(huán)流圈（哈德來環(huán)流）、緯度30°~60°N環(huán)流圈和緯度60°~90°N環(huán)流圈，這便是著名的“三圈環(huán)流”。三、風的形成3、大氣環(huán)流三、風的形成1）緯度30°N環(huán)流圈

在赤道附近，空氣受熱膨脹上升，造成赤道上空氣壓升高，空氣向極地方向流動。

以北半球為例，由于赤道附近地轉偏向力很小，空氣基本受氣壓梯度力影響，因此赤道上空的空氣由南向北流動。隨著緯度的增加，地轉偏向力逐漸加大，空氣運動向右偏轉。在緯度30°附近，偏角到達90°，地轉偏向力與氣壓梯度力相當，空氣運動方向與緯圈平行，所以在緯度30°附近上空，赤道來的氣流受到阻塞而聚積，氣流下沉，形成這一地區(qū)地面氣壓升高，就是所謂的“副熱帶高壓”。三、風的形成1）緯度30°N環(huán)流圈三、風的形成1）緯度30°N環(huán)流圈

副熱帶高壓下沉氣流分為兩支，一支從副熱帶高壓向南流動，指向赤道。在地轉偏向力的作用下，北半球吹東北風，風速穩(wěn)定且不大，約3~4級，這是所謂的信風，所以在南北緯30°之間的地帶稱為信風帶。這一支氣流補充了赤道上升氣流，構成了一個閉合的環(huán)流圈，稱此為哈德來環(huán)流，也叫做正環(huán)流圈。此環(huán)流圈南面上升，北面下沉。三、風的形成1）緯度30°N環(huán)流圈三、風的形成2）緯度30°~60°N環(huán)流圈

副熱帶高壓下沉氣流的另一支從副熱帶高壓向北流動的氣流，在地轉偏向力的作用下，北半球吹西風，且風速較大，這就是所謂的西風帶。在60°N附近處，西風帶遇到了由極地向南流來的冷空氣，被迫沿冷空氣上面爬升，在60°N地面出現(xiàn)一個副極地低壓帶。三、風的形成2）緯度30°~60°N環(huán)流圈三、風的形成2）緯度30°~60°N環(huán)流圈

副極地低壓帶的上升氣流，到了高空又分成兩股，一股向南，一股向北。向南的一股氣流在副熱帶地區(qū)下沉，構成一個中緯度閉合圈，正好與哈德來環(huán)流流向相反，此環(huán)流圈北面上升、南面下沉，所以叫反環(huán)流圈，也稱費雷爾環(huán)流圈；三、風的形成2）緯度30°~60°N環(huán)流圈三、風的形成3）緯度60°~90°N環(huán)流圈

副極地低壓帶的上升氣流的向北氣流，從上升到達極地后冷卻下沉，形成極地高壓帶，這股氣流補償了地面流向副極地帶的氣流，而且形成了一個閉合圈，此環(huán)流圈南面上升、北面下沉與哈德來環(huán)流流向類似的環(huán)流圈，因此也叫正環(huán)流。在北半球，此氣流由北向南，受地轉偏向力的作用，吹偏東風，在60°~90°之間，形成了極地東風帶。三、風的形成3）緯度60°~90°N環(huán)流圈三、風的形成4、季風環(huán)流

在一個大范圍地區(qū)內(nèi)，它的盛行風向或氣壓系統(tǒng)有明顯的季節(jié)變化，這種在1年內(nèi)隨著季節(jié)不同，有規(guī)律轉變風向的風，稱為“季風”。季風盛行地區(qū)的氣候又稱季風氣候。圖1-3海陸熱力差異引起季風示意圖a)冬季b)夏季三、風的形成4、季風環(huán)流圖1-3海陸熱力差異引起季風示意圖三、風的形成冬季，陸地比海洋冷，大陸氣壓高于海洋，氣壓梯度力自大陸指向海洋，風從大陸吹向海洋；夏季則相反，陸地很快變暖，海洋相對較冷，陸地氣壓低于海洋，氣壓梯度力由海洋指向大陸。圖1-3海陸熱力差異引起季風示意圖a)冬季b)夏季三、風的形成冬季，陸地比海洋冷，大陸氣壓高于海洋，氣壓梯度力三、風的形成5、局地環(huán)流1）海陸風

由于海陸物理屬性的差異，造成海陸受熱不均。a）海風

白天陸上溫升較海洋快，空氣上升，而海洋上空氣溫度相對較低，使地面有風白海洋吹向大陸，補充大陸地區(qū)上升氣流。而陸上的上升氣流流向海洋上空而下沉，補充海上吹向大陸氣流。這種白天風從海洋吹向大陸稱海風。三、風的形成5、局地環(huán)流三、風的形成b）陸風

夜間環(huán)流的方向正好相反，所以風從陸地吹向海洋。夜間風從陸地吹向海洋稱陸風。三、風的形成b）陸風三、風的形成2）山谷風

a）谷風

白天，山坡接受太陽光熱較多，空氣增溫較多；而山谷上空的空氣因離地較遠，增溫較少，于是山坡上的暖空氣不斷上升，并從山坡上空流向谷地上空，谷底的空氣則沿山坡向山頂補充，這樣便在山坡與山谷之間形成一個熱力環(huán)流。下層風由谷底吹向山坡，稱為谷風。三、風的形成2）山谷風三、風的形成2）山谷風b）山風

夜間，山坡上的空氣，受山坡輻射冷卻影響，空氣降溫較多，而谷地上空，同高度的空氣因離地面較遠，降溫較少。于是山坡上的冷空氣因密度大，順山坡流入谷地，谷底的空氣因匯合而上升，并從上面向山頂上空流去，形成與白天相反的熱力環(huán)流。下層風由山坡吹向谷地，稱為山風。三、風的形成2）山谷風任務2風的特征及測量風的基本特征1常用測風設備2風速風向儀使用3任務2風的基本特征1常用測風設備2風速風向儀使用3一、風的基本特征1、風速

風的大小常用風的速度來衡量，風速是單位時間內(nèi)空氣在水平方向上移動的距離，常用m/s、km/h、mile/h等來表示。

專門測量風速的儀器有旋轉式風速計、散熱式風速計和聲學風速計等。

風速儀安裝高度不同，所得到的風速結構也不同，它隨高度升高而增強，通常測風高度為10m。旋轉式風速計散熱式風速計聲學風速計一、風的基本特征1、風速旋轉式風速計散熱式風速計聲學風速計一、風的基本特征1）瞬時風速、平均風速

瞬時風速——在某一瞬間測得風速為瞬時風速；

平均風速——在某一段時間內(nèi)，瞬時風速的算術平均值，風速儀測得的風速是平均風速。

我們將年平均風速作為評價一個風場開發(fā)利用價值的重要指標，一般由當?shù)貧庀笈_站的歷年觀測統(tǒng)計數(shù)據(jù)給出。

風力發(fā)電機輪轂中心高度處的最小年平均風速，是判斷一個風電場開發(fā)是否經(jīng)濟的標準。以目前能源價格和上網(wǎng)電價為參照物，當年平均風速大于5m/s時，風能的開發(fā)才有經(jīng)濟價值。一、風的基本特征1）瞬時風速、平均風速一、風的基本特征2）風速頻率、風速變幅

風速頻率——在一定的時間內(nèi)，相同風速出現(xiàn)的時數(shù)占測量總時數(shù)的百分比。

風速變幅——在求得平均風速的限定時間內(nèi)，最大風速與最小風速之差。

對風能利用來說，既希望平均風速較高，又希望風速變幅越小越好，以保證風力發(fā)電機平穩(wěn)運行和便于控制。一、風的基本特征2）風速頻率、風速變幅一、風的基本特征3）啟動風速、切除風速、有效風速

啟動風速——可使風力發(fā)電機啟動運行的風速稱為啟動風速；風力發(fā)電機常取3m/s為啟動風速。

切除風速——風力發(fā)電機超速運行的上限風速稱為切除風速，大于切除風速時，風力發(fā)電機必須停轉，否則將有超速運轉而損壞的危險。風力發(fā)電機常取25m/s為切除風速。

有效風速——風力發(fā)電機常取3~25m/s的風速稱為有效風速，據(jù)此計算出來的風速頻率和風能稱為有效風頻和有效風能。

年平均風速大于3m/s的年小時數(shù)決定了風力發(fā)電機的工作效率及經(jīng)濟性，表明風電場在一年內(nèi)風力發(fā)電機可以起動工作的小時數(shù)。一、風的基本特征3）啟動風速、切除風速、有效風速一、風的基本特征4）參考風速和極限風速

參考風速——定義為50年一遇的、在輪轂高度處能持續(xù)10min的陣風平均風速。

極限風速——定義為1.4倍的參考風速。極限風速決定了風力發(fā)電機設計時的強度和剛度指標。

風力發(fā)電機要想安全地工作，風力發(fā)電機組及其零部件就必須保證在瞬時最大風速時不會損壞。一、風的基本特征4）參考風速和極限風速一、風的基本特征5）影響風速的主要因素a、垂直高度

從空氣運動角度，通常將1km以下的大氣層分為三個區(qū)域：

離地面2m以內(nèi)的區(qū)域稱為底層；

2~100m的區(qū)域稱為下部摩擦層，二者總稱為地面境界層；

從100~1000m區(qū)域稱為上部摩擦層，以上三個區(qū)域總稱為摩擦層；

摩擦層之上稱為自由大氣。

在地面境界層內(nèi)，空氣運動因受流黏性和地面摩擦的影響，風向大體一致，而風速則隨著垂直高度的增加而增大。一、風的基本特征5）影響風速的主要因素一、風的基本特征不同地形平坦地面的平均風速（m/s）3~56~8山間盆地0.95~0.850.85~0.80彎曲的河谷底0.80~0.700.70~0.60山背風坡0.90~0.800.80~0.70山迎風坡1.10~1.201.10峽谷口或山口1.30~1.401.20b、地形地貌表1-1不同地形與平坦地面的風速比值相對高度/m501002003005007001000比值1.381.501.601.701.801.841.90表1-2山頂與山麓的風速比值一、風的基本特征不同地形平坦地面的平均風速（m/s）3~56一、風的基本特征c、地理位置

由于陸地表面和海面對風的摩擦阻力不同，造成了海面上的風速比岸上的風速大，沿海的風速比內(nèi)陸的風速大。d、障礙物

風流經(jīng)障礙物時，會在其后面產(chǎn)生不規(guī)則的渦流，致使流速降低，這種渦流隨著遠離障礙物而逐漸消失。

當距離大于障礙物高度10倍以上時，渦流可完全消失，所以在障礙物下設置風力發(fā)電機時，應遠離其高度10倍以上。一、風的基本特征c、地理位置一、風的基本特征

一、風的基本特征

一、風的基本特征等級名稱相當于平地10米高處的風速陸上地物征象海面和漁船征象海面浪高（m）風壓（10N/m2）m/skm/h一般最高0無風0.0-0.2＜1靜，煙直上。海面平靜。--0-0.00251軟風0.3-1.51-5煙能表示風向，但風向標不能轉動。微波如魚鱗狀，沒有浪花。一艘漁船正好能使舵。0.10.10.0056-0.0142輕風1.6-3.36-11人面感覺有風，樹葉微響，風向標能轉動。小波，波長尚短，但波形顯著，波峰呈玻璃色但不破裂。漁船張帆時，可隨風移動每小時1～2海里。0.20.30.016-0.683微風3.4-5.412-19樹葉和微枝搖動不息，旌旗展開。小波加大，波峰開始破裂；浪沫光亮，有時可有散見的白浪花。漁船開始簸動，張帆隨風移動每小時3～4海里。0.61.00.72-1.824和風5.5-7.920-28能吹起地面灰塵和紙張，樹的小枝搖動。小浪，波長變長；白浪成群出現(xiàn)。漁船滿帆時，可使船身傾于一側。1.01.51.89-3.95清勁風8.0-10.729-38有葉的小樹搖擺，內(nèi)陸的水面有小波。中浪，具有較顯著的長波形狀；許多白浪形成（偶有飛沫）。漁船需縮帆一部分。2.02.54-7.166強風10.8-13.839-49大樹枝搖動，電線呼呼有聲，張傘困難。輕度大浪開始形成；到處都有更大的白沫峰（有時有些飛沫）。漁船縮帆大部分，并注意風險。3.04.07.29-11.9表1-3風級、風速和征象對照表一、風的基本特征等級名稱相當于平地10米高處的風速陸上地物征一、風的基本特征等級名稱相當于平地10米高處的風速陸上地物征象海面和漁船征象海面浪高（m）風壓（10N/m2）m/skm/h一般最高7疾風13.9-17.150-61全樹搖動，迎風步行感到不便。輕度大浪，碎浪成白沫沿風向呈條狀。漁船不再出港，在海者下錨。4.05.512.08-18.288大風17.2-20.762-74折毀微枝，迎風步行感到阻力甚大。有中度的大浪，波長較長，波峰邊緣開始破碎成飛沫片；白沫沿風向呈明顯的條帶。所有近海漁船都要靠港，停留不出。5.57.518.49-26.789烈風20.8-24.475-88建筑物有小損（煙囪頂蓋和平瓦移動）?？窭耍仫L向白沫呈濃密的條帶狀，波峰開始翻滾，飛沫可影響能見度。機帆船航行困難。7.010.027.04-37.2110狂風24.5-28.489-102陸上少見，見時可使樹木拔起，建筑物損壞較重?？駶ǚ彘L而翻卷；白沫成片出現(xiàn)，沿風向呈白色濃密條帶；整個海面呈白色；海面顛簸加大，有震動感，能見度受影響。機帆船航行頗危險。9.012.537.52-50.4111暴風28.5-32.6103-117陸上很少見，有則必有廣泛損壞。異常狂濤（中小船只可一時隱沒在浪后）；海面完全被沿風向吹出的白沫片所掩蓋；波浪到處破成泡沫；能見度受影響。機帆船遇之極危險。11.516.050.77-66.4212颶風32.7-36.9118-133陸上絕少見，摧毀力極大?？諝庵谐錆M白色的浪花和飛沫；海面完全變白，能見度嚴重地受到影響。14.0—

66.42-85.113

37.0-41.4134-149

14

41.5-46.1150-166

15

46.2-50.9167-183

16

51.0-56.0184-201

17

56.1-61.2202-220

18

≥61.3≥221

表1-3風級、風速和征象對照表一、風的基本特征等級名稱相當于平地10米高處的風速陸上地物征一、風的基本特征一、風的基本特征一、風的基本特征一、風的基本特征一、風的基本特征3、風向

風向是指風吹來的方向，如果風從東面吹來，則稱為東風。觀測陸地上的風向一般采用16個方位（海上的風向通常采用32個方位），即以正北為零，順時針沒轉過22.5°為一個方位，如圖1-7所示。靜風記為C。一、風的基本特征3、風向一、風的基本特征3、風向

風玫瑰圖——各種風向出現(xiàn)頻率常用風玫瑰圖來表示。風玫瑰圖是在極坐標圖上，點出某年或某月各種風向出現(xiàn)的頻率，稱為風向玫瑰圖。

同理，統(tǒng)計各種風向上的平均速度和風能的圖，分別稱為風速玫瑰圖和風能玫瑰圖。風向玫瑰圖一、風的基本特征3、風向風向玫瑰圖一、風的基本特征

一、風的基本特征

二、常用測風設備1、風速計1）杯式風速計：

它由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應部分，空杯的凹面都順向一個方向。整個感應部分安裝在一根垂直旋轉軸上，在風力的作用下，風杯繞軸以正比于風速的轉速旋轉。轉速可以用電觸點、測速發(fā)電機或光電計數(shù)器等記錄。二、常用測風設備1、風速計二、常用測風設備2）螺旋槳式風速計：

它是一組三葉或四葉螺旋槳繞水平軸旋轉的風速計，通過尾翼使其旋轉平面始終正對風的來風速計向，它的轉速正比于風速。二、常用測風設備2）螺旋槳式風速計：二、常用測風設備3）熱線風速計：

熱線風速計是采用一根被電流加熱的金屬絲，流動的空氣使它散熱，利用散熱速率和風速的平方根成線性關系，再通過電子線路線性化，即可制成熱線風速計。旁熱式的熱線一般為錳銅絲，其電阻溫度系數(shù)近于零，它的表面另置有測溫元件。直熱式的熱線多為鉑絲，在測量風速的同時可以直接測定熱線本身的溫度。

熱線風速計在小風速時靈敏度較高，適用于對小風速測量，是大氣湍流和農(nóng)業(yè)氣象測量的重要工具。二、常用測風設備3）熱線風速計：二、常用測風設備4）數(shù)字風速儀：

數(shù)字風速儀是專為各種大型機械設備研制開發(fā)的大型智能風速傳感報警設備，其內(nèi)部采用了先進數(shù)字風速儀的微處理器作為控制核心，外圍采用了先進的數(shù)字通訊技術。

數(shù)字風速儀用于測量瞬時風速和平均風速，具有自動監(jiān)測、實時顯示、超限報警控制等功能。二、常用測風設備4）數(shù)字風速儀：二、常用測風設備5）聲學風速計：

在聲波傳播方向的風速分量將改變聲波傳播速度，利用這種特性制作的聲學風速表可用來測量風速分量。

聲學風速表至少有兩對感應元件，每對包括發(fā)聲器和接收器各一個。使兩個發(fā)聲器的聲波傳播方向相反，如果一組聲波順著風速分量傳播，另一組恰好逆風傳播，則兩個接收器收到聲脈沖的時間差值將與風速分量成正比。如果同時在水平和鉛直方向各裝上兩對元件，就可以分別計算出水平風速、風向和鉛直風速。二、常用測風設備5）聲學風速計：二、常用測風設備（2）風速記錄

1）機械式：當風速感應器旋轉時，通過蝸桿帶動蝸輪轉動，再通過齒輪系統(tǒng)帶動指針旋轉，從刻度盤上直接讀出風的行程，除以時間得到平均風速。

2）電接式：由風杯驅(qū)動的蝸桿，通過齒輪系統(tǒng)連接到一個偏心凸輪上，風杯旋轉一定圈數(shù)，凸輪使相當于開關作用的兩個接點閉合或打開，完成一次接觸，表示一定的風程。

3）電機式：風速感應器驅(qū)動一個小型發(fā)電機中的轉子，輸出與風速感應器轉速成正比的交變電流，輸出到風速的指示系統(tǒng)。

4）光電式：風速旋轉軸上裝有一個圓盤，盤上有等距的孔，孔上面有一個紅外光源，正下方有一個光電半導體，風杯帶動圓盤轉動時，形成光脈沖信號，每一個脈沖信號表示一定的風行程。二、常用測風設備（2）風速記錄二、常用測風設備（2）風速記錄

風速大小與風速計安裝高度和觀測時間有關系。世界各國基本上都以10m高度處觀測為依據(jù)，但是取多長時間的平均風速不統(tǒng)一，有取1min、2min、10min平均風速，有取1h平均風速，也有取瞬時風速等。

我國氣象站觀測時有3種風速，一日4次時2min平均風速、自記10min平均風速和瞬時風速、風能資源計算時，都用自記10min平均風速。極端風速計算時，用最大風速（10min平均最大風速）或瞬時風速。二、常用測風設備（2）風速記錄二、常用測風設備2、風向標

風向標是測量風向的常用裝置，有單翼型、雙翼型和流線型。風向標一般由尾翼、指向桿，平衡錘及旋轉主軸四部分組成的首尾不對稱的平衡裝置。其重心在支撐軸的軸心上，整個風向標可以繞垂直軸自由擺動。在風的動壓力作用下，取得指向風的來向的一個平衡位置，即為風向的指示。傳送和指示風向所在方位的方法有很多，有電觸點盤、環(huán)形電位、自整角機和光電碼盤四種類型，其中最常用的是碼盤。風速儀一般安裝在離地10m的高度上。二、常用測風設備2、風向標二、常用測風設備表1-4風向標具體參數(shù)輸出類型電流輸出型電壓輸出型RS485型量

程0-360度16個方向供電電壓DC12V~24V輸出信號4-20mA（三線制）1-5V或者0-5V

負載能力≤500Ω≥2KΩ

使用環(huán)境-15℃~+85℃，相對濕度10-90%，非凝結啟動風力≥0.8m/s整體功耗（DC24V）≤0.7W≤0.3W≤0.3W重量≤0.5Kg二、常用測風設備表1-4風向標具體參數(shù)輸出類型電流輸出型電二、常用測風設備方位信號輸出類型電壓信號(0-5V)電壓信號(1-5V)電流信號(4-20mA)北5V5V4mA東北偏北0.31V1.25V5mA東北0.63V1.5V6mA東北偏東0.94V1.75V7mA東1.25V2V8mA東南偏東1.56V2.25V9mA東南1.88V2.5V10mA東南偏南2.19V2.75V11mA南2.5V3V12mA西南偏南2.81V3.25V13mA西南3