第一章 概 述 资源条件。两大风能地带—西北、华北、东北和东南沿海为风能资源丰富区,跨全国21个省、市、自治区。到1999年底已开发微小户用型风力发电机16万台,并网型风电场24座,总装机容量26万千瓦,其中绝大多数机组是从丹麦、德国、美国、比利时、瑞典引进的,最大单机容量为600kW。毫无疑问,中国风能等可再生能源的利用也受到一系列因素的限制,其中包括资金和技术资源供应的不足、政策的不相配套等。和常规资源相比,它会缺乏竞争力。但从可持续发展的目的出发,从中央到地方的各级政府已对这些资源的开发给予了关注
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目前,我国国产化机组产量仍然偏小,远未达到规模效益,使得零部件采购价格偏高,利润空间很小。因此,我国的风力发电装备市场至今仍由国外风力发电机组占据。这一现实要求我国的风力发电设备制造企业应加快适合中国国情的新型风力发电装备的研制进度。尽快提高大型风力发电装备的设计和制造技术,加大风力发电装备国产化进程。还应注意稳定产品质量,提高国产机组可靠性,以取得风电场建设者的认可,逐步加大市场份额。据相关资料报道,到2020年,预计我国将新增发电能力500GW,其中121GW为可再生能源。2010年以前,我国计划新建20座风力发电场,每座风场的发电能力达到100MW以上,且达到4000MW的风力发电总目标,风力发电设备将尽量达到本土化
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东北电力大学自动化工程学院学士学位论文 第二章 风与风能
2. 1 风的产生与特性
在大气层中，高度愈高，空气愈稀薄，气压也就愈低。然而，由于受太阳照射的强度不同，空气的温度和密度不相同，即使在同一高度上各处的大气压力也不相同。这种气压高低的不同，促使空气产生水平运动，就形成了风
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风的大小，同样受到气压的影响，水平方向的气压差别愈大，空气的水平运动就愈迅速，风就愈大；反之，如果一定范围内水平方向的气压没有差别，空气便不会产生水平运动，也就不会有风了
[8]。根据气象学家的解释，风是由
于空气流动产生的。大气压差是风产生的根本原因。
风的特性：①风的方向不定，大小不同。 ②风速随着高度的增加而增加，大致的表示为
VHn?() （2-1） V0H0其中，V--高度为H（m）时的风速，m/s;V0--高度为H0（m）时的风速，m/s。一般取H0为10米，修正质数n为1/2—1/8。③风随着季节的变化而变化[9]。
2. 2 风的能量与测量
风能的主要特性参数如下[10]：
11① 风能： E?mV2?pSV2 ，W ； （2-2）
22其中，m—气体的质量kg；V—气流的速度m/s；S—面积m；p—空气的密度
kg/m3
② 风能的密度： W?E13?pV （2-3）S2根据中国300个气象站的计算经验得出空气密度与海拔高度的关系式
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第二章 风与风能 为：ph?1.225h?0.00012(kg/m3) （2-4） ③ 有效风能密度：当风速由0逐渐增加到某一风速Vm（切入风速）时，风力机才开始提供功率。在该风速下，风力机所得到的有效功率是整个风力机在无负载损失时所吸收的。然后，风速继续增加，达到某一确定值VN(额定风速)，在该风速下风力机提供额定功率或正常功率。超过该值时，利用调节系统，输出功率将保持常数。如果风速再增加到某一值VM（切断风速）时，出于安全考虑，风力机应停止运转。 ④ 风速与风级如下表：
表2-1 风速（m/s）与风级对应关系表
风级 m/s 风级 m/s 1 0.3-1.5 7 2 1.6-3.3 8 3 3.4-5.4 9 4 5.5-7.9 10 5 8.0-1.7 11 6 10.8-13.8 12 13.9-17.1 17.2-20.7 20.8-24.4 24.5-28.4 28.5-32.6 〉32.6
⑤ 风向与风频：风向方位图如下：
图2-1风向方位图
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东北电力大学自动化工程学院学士学位论文 某风向的风频=某风向出现的次数/风向总观测次数*100% （2-5） 风的测量方法：主要有3种，一是将每小时内测得的风速取平均值；二是将每小时最后10分钟内测量的风速取平均值；三是在每小时内选几个瞬时测量风速值再取其平均值。
2. 3 中国风能资源
风能的大小用风功率密度(W/m2)来度量,它与空气密度和风速的立方成正
比。我国的风能资源,据中国气象科学研究院对全国900多个气象站年平均风能功率密度的估算,10m高度层的总资源量为3226GW。假设其中1/10在技术上可供开发,并考虑风轮扫掠面积系数0.785,得出技术可开发资源量为253GW,主要分布在西北、东北和华北的草原和戈壁,以及东部和东南沿海及岛屿。我国东部沿海水深2—15m的近海海域,风能资源丰富,专家初步估计约为陆上风能资源的3倍,750GW[11]。
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