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第二章 风资源与风力发电 根据我国“十一五”规划，在“十一五”期间将新增风电装机400万KW，平均年增80万KW，到2020年规划风电装机容量将达到3000万KW，约占当时全国电力装机10亿KW的3%。 一、海陆风 海陆风以日为周期，风力小而且范围小，一般影响范围在陆上20～50KM。海风风速相对较大，可达4～7m／s，而陆风风速一般才2m／s左右。 二、山谷风： 山谷风也以日为周期，风速较低，谷风一般为2～4m／s，而山风才1～2m／s 。 3．季风 季风以年为周期。季风的风向主要受海陆分布和“行星”风带季节变化的影响。 其中：a是由阻力矩决定的一个常数，数值即为起动风速。 N是风速计转速。 b与c 为风速表的常数，b是线性部分系数，c是非线性部分系数，通常c?b (c≈b×10-4) 皮托管和热线风速仪都需要准确对风，故在风力发电机组运行中都使用风杯风速仪，而不使用皮托管和热线风速仪。 第四节 风能的估算 风速随距地面高度有明显的变化，常用下式来估计： 发电机组高度范围内风速的垂直变化小（垂直切变小） 第五节 风能的特点 一、优点： 1、蕴藏量大、分布广 2、可再生 3、基本没有对环境的直接污染和影响 * * 19世纪来，人们开始研制风力发电机，在1891年，缺乏煤资源的丹麦建成了世界上第一座风力发电站。 70年代以后，石油价格提高，资源和环境问题越来越引起人们的重视，风力发电又成为世界范围内受关注的技术 目前，我国装机的主流机组容量在1.5兆瓦左右，国际上最大的运行机组容量已达5兆瓦。 我国的风电开发，大致起源于20世纪70年代，开始时主要用于草原牧民人家生活用电，发电100～300W 80年代后，我国开始引进、消化、吸收国外大型风力发电机组技术，并开始自主研发大型风力发电机组，装机的增长情况如下图 图2-1 1995～2007年我国风电总装机容量及新增装机容量 第一节 风的形成 所谓风，我们通常是指空气水平方向的运动，是一种自然现象。风的产生主要是由于太阳的辐射造成地球表面各处的温度差异，从而导致大气的对流运动。 从宏观上看，地球上有所谓“三圈环流”，从局部看，由于温差也会产生小环流 图2-2 三圈环流示意图 陆 海 白天 陆 海 夜间 图2-3 海陆风形成示意图 图2-4 谷风的形成示意图 图2-5 山风的形成示意图 第二节 风的测量 测风，主要是测量风向和风速，有了风速，我们就可以计算当时气压、温度、湿度下的风能。 一、风向测量 测量风向最常用的是风向标，风向标一般由尾翼、指向针、平衡锤及旋转轴组成。风向信号的产生有许多方法，如环行电位计、码盘等，而在风力发电机组中常用非接触式的码盘。 风向的表示最常用的是把圆周360°分成16个等分 图2-6 大型风力发电机组上的风向标 某一风向在一年中出现的频率常用风向玫瑰图表示 n E W S 图2-7风向方位图 图2-8 风向玫瑰图 N 图中心圆的数字表示出现静风频率，各个圆的半径代表一定的频率值。 二、风速的测量 风速的直接测量采用的风速计有许多种形式， 有旋转式的、压力式的、散热式的、超声的等。 1、旋转式风速计 旋转式风速计受风部分通常为风杯或螺旋桨叶，如下图，其中尤以风杯应用最广，因为杯形风速计不需要随风向改变而对风。通常其转速与风速的关系要用实验标定，并拟合成曲线 图2-9 风杯 图2-10螺旋桨式 2、压力式风速计 最常用的是皮托管，皮托管由总压探头和静压探头组成，利用两者的压力差得到动压，从而计算出风速。 其中 ：P0为总压，由皮托管头部小孔得到 P为静压，由皮托管侧面小孔得到 ρ为当时、当地空气密度 图2-11 直角型(L型)皮托管结构简图 3、散热式风速计 散热式风速计最常用的是热线风速仪，其探头为电阻值随温度变化的热敏元件 1 2 3 1，2为电极（电阻丝支撑）；3为热敏电阻丝 图2-12 热线风速仪示意图 对一个固定的热线探头，可以得到只要固定I或Tw(Rw)中的一个量，则风速v即为另一个变量的单值函数。 因此，我们可以有恒流式和恒温式（恒电阻式）两种工作方式。 图2-13 恒流式 图2-14 恒温式(恒电阻式) 第三节 风力的分级 风力等级是依据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象确定的。目前，国际上采用的仍然是1805年英国人蒲福拟定的。 表2-1 蒲福风力等级 一、风速的分布 n的取值范围一般为 在计算不同高度风速时，我们可按下表取n的值。 0.20 高农作物少量树木 0.40 城市高建筑 0.16 较高草地，城市地 0.28～0.3