一种风资源评估与风能开发潜力的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种风资源评估与风能开发潜力的分析方法，包括以下步骤：采集风场的风向、风速、大气压及气温；计算风场的风能资源总储量及估算发电量；当风能资源总储量及估算发电量不符合预期时，则认为风能资源不可利用；当风能资源总储量及估算发电量符合预期时，则根据风场的风向、风速、大气压及气温进行风场气流流动的模拟，得流场的特征，然后根据流场的特征布置风场内的风电机组，使风电机组的发电效率最大化，该方法能够提升风电场的实际发电量及经济效益。电量及经济效益。电量及经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种风资源评估与风能开发潜力的分析方法


[0001]本专利技术属于风力发电开发领域，涉及一种风资源评估与风能开发潜力的分析方法。

技术介绍

[0002]随着传统化石能源储量的减少以及环境问题的日益严重，可再生能源的开发获得人们的广泛关注，其中风力发电技术最具有代表性。但是，由于地表气流流速的不稳定性导致风电开发受到很多局限，因此，对风场风能资源的评估就显得尤为重要。传统的风能资源评估方式是基于气象站历年来的观测数据进行分析评估，或者在需要建设风力发电项目的位置安装测风塔进行一两年的观测。但是，由于各地气象站基本处在城郊位置，地形与风电场地形差异较大，尤其在我国中部、东部、南部等复杂地形风电场，仅仅依靠气象站的观测数据不能真实反应该地区的风能情况，评估结果的准确性、科学性以及可靠性往往无法保障，不能准确评估风场风能资源潜力，因此不能有效提升风电场的实际发电量及经济效益。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种风资源评估与风能开发潜力的分析方法，该方法能够提升风电场的实际发电量及经济效益。
[0004]为达到上述目的，本专利技术所述的风资源评估与风能开发潜力的分析方法包括以下步骤：
[0005]采集风场的风向、风速、大气压及气温；
[0006]计算风场的风能资源总储量及估算发电量；
[0007]当风能资源总储量及估算发电量不符合预期时，则认为风能资源不可利用；当风能资源总储量及估算发电量符合预期时，则根据风场的风向、风速、大气压及气温进行风场气流流动的模拟，得流场的特征，然后根据流场的特征布置风场内的风电机组，使风电机组的发电效率最大化。
[0008]风能资源总储量W为：
[0009][0010]其中，d为风功率密度等级数，S
i
为年平均风功率密度分布图中各风功率密度等值线间的面积，P
i
为各风功率密度等值线间区域的风功率代表值。
[0011]估算发电量P
a
为：
[0012][0013]其中，v
i
为小时风速，F(v
i
)为风速为v
i
时风机的输出功率；
[0014]F(v
i
)为：
[0015][0016]其中，v
r
为风机的额定风速，v
t
为有效风速区间范围的下限，v
c
为有效风速区间范围的上限，F
r
为风机的额定功率。
[0017]还包括：计算风场的空气密度、平均风速、风功率密度、风速频率、风能方向频率、风切变指数及湍流强度。
[0018]空气密度ρ为：
[0019][0020]其中，p为大气压，R为气体常数，T为开氏温度，T＝273+t，t为摄氏温度。
[0021]平均风速为：
[0022][0023]其中，v
i
为预设时间段内风速观测列中第i次记录的风速值，n为预设时间段内的风速序列数。
[0024]预设时间段内的平均风功率密度D
wp
为：
[0025][0026]风切变指数α为：
[0027][0028]其中，z1为风速变化前的高度，z2为风速变化后的高度，v1为z1高度处的风速，v2为z2高度处的风速。
[0029]本专利技术具有以下有益效果：
[0030]本专利技术所述的风资源评估与风能开发潜力的分析方法在具体操作时，以实际采集到的风向、风速、大气压及气温为基础，进行风场气流流动的模拟，并根据模拟结果布置风场内的风电机组，使风电机组的发电效率最大化处，从而有效提升风电场的实际发电量及经济效益，大大降低风能资源开发前期的评估时间，有效提高风能资源分析效率。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的流程图；
具体实施方式
[0032]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的
附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本专利技术公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本专利技术公开的概念。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0033]在附图中示出了根据本专利技术公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0034]参考图1，本专利技术所述的风资源评估与风能开发潜力的分析方法包括以下步骤
[0035]1)采集风场的风向、风速、大气压及气温；
[0036]2)计算风场的空气密度、平均风速、风功率密度、风速频率、风能方向频率、风切变指数、湍流强度、风能资源总储量及估算发电量，具体为：
[0037]21)空气密度：空气密度可以根据温度及大气压计算得到：
[0038][0039]其中，ρ为空气密度，p为大气压，R为气体常数，T为开氏温度，T＝273+t(K)，t为摄氏温度(℃)。
[0040]22)平均风速为预设时间段内瞬时风速的平均值,即
[0041][0042]其中，为预设时间段内的平均风速，v
i
为预设时间段内风速观测列中第i次记录的风速值，n为预设时间段内的风速序列数。
[0043]23)风功率密度为空气流在单位时间内垂直通过单位截面积的风能，即：
[0044][0045]其中，D
wp
为预设时间段内的平均风功率密度。
[0046]24)风速频率为在预设时间段内，统计发生在某个风速区间内的风速出现的频率。评估计算中统计给定时间段内4m/s～6m/s风速区间的风速频率，即处在4m/s～6m/s之间风速发生的总时数占所有风速范围内风速发生总时数的百分比。
[0047]25)风向频率决定风电场风机的布局，进而决定风机的发电效率。风向频率统计在16个方位的扇区内风向出现的频率，评估计算中统计指定方位的风向频率为在预设时间段内，该方位风向出现的时数占观测总时数的百分比。
[0048]26)风切变指数表示风速随高度变化而变化的程度，即
[0049][0050]其中，α为风切变指数，z1为风速变化前的高度，z2为风速变化后的高度，v1为z1高度处的风速，v2为z2高度处的风速。
[0051]27)湍流强度根据风速的标准偏差及其相同时段的平均风速计算得到，湍流强度直接影响风力发电机组的性能和寿命，湍流强度的值在0.10
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风资源评估与风能开发潜力的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：采集风场的风向、风速、大气压及气温；计算风场的风能资源总储量及估算发电量；当风能资源总储量及估算发电量不符合预期时，则认为风能资源不可利用；当风能资源总储量及估算发电量符合预期时，则根据风场的风向、风速、大气压及气温进行风场气流流动的模拟，得流场的特征，然后根据流场的特征布置风场内的风电机组，使风电机组的发电效率最大化。2.根据权利要求1所述的风资源评估与风能开发潜力的分析方法，其特征在于，风能资源总储量W为：其中，d为风功率密度等级数，S
i
为年平均风功率密度分布图中各风功率密度等值线间的面积，P
i
为各风功率密度等值线间区域的风功率代表值。3.根据权利要求1所述的风资源评估与风能开发潜力的分析方法，其特征在于，估算发电量P
a
为：其中，v
i
为小时风速，F(v
i
)为风速为v
i
时风机的输出功率。4.根据权利要求1所述的风资源评估与风能开发潜力的分析方法，其特征在于，F(v
i
)为：其中，v
r

【专利技术属性】
技术研发人员：占生辉，冯达春，常洋涛，韩斌，邓巍，王忠杰，许博鑫，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司华能哈密风力发电有限公司，
类型：发明
国别省市：