精细化风能资源评估.pdf

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1、精细化风能资源评估北京风宜科技有限公司呼津华2016年07月主要内容1.边界层内风能资源基础知识简介2.IEC标准风况3.测风数据分析4.风电项目风能资源精细化评估的关注点风宜科技1.1大气边界层概述大气边界层：是大气与下垫面在小于一天的时间尺度上相互作用的层次，基本特征表现为大气边界层内气象要素存在明显的日变化。大气边界层的厚度（h）差异很大，不稳定时（如晴天午后）可达1～2km；而稳定时（如夜间地面强烈冷却时）可能只有100m的量级。风宜科技1.1大气边界层概述大气边界层结构的昼夜演变示意图风宜科技1.1大气边界层概述实测

2、全边界层风廓线（实测－虚线；理论－实线)（a)中性（b)稳定风宜科技源自：吴祖常、李大山，全边界层风速廓线规律1.1大气边界层概述不稳定大气实测边界层风廓线（a）全边界层（b）近地层源自：吴祖常、李大山，全边界层风速廓线规律风宜科技1.2近地层的风切变近地层（摩擦层和惯性层的统称）近地层内的风速变化的观测和研究已经比较成熟，并得到了广泛的实践应用。通常认为近地层内动量通量、热量通量、水汽通量和风向随高度变化较小。近地层内最明显的即是风切变：风速随高度的变化。风切变是现代风电技术的基础理论之一。现有研究表明，就小范围的局地而言，

3、地形、地表粗糙度、摩擦速度、大气稳定性是决定近地层风廓线的四种主要因子。风宜科技1.2近地层的风切变对数风廓线指数风廓线uz－dz*0uuuln1kzz01u为z高度处的水平风速；u为z高度处的水平风速，k即卡门常数，常值为0.4；u1为z1高度处的风速，u*为摩擦速度；α为风切变指数。D0为零平面位移，常略去。z0为风速为0的高度（也称下垫更方便实用，可用于中性，也可面的粗糙度）。用于非中性，且常用到近地层以上。动力学基础理论上完整的精度严格而言α应与高度有关，是经较高的中性风廓线验性的表述，尚不能在流

4、体力学中表达。风宜科技1.2近地层的风切变典型下垫面的粗糙度地表覆盖粗糙度（m）冰面10－5～10-4平静的海10-4雪面10-3短草（3cm）10-2长草（60cm）0.05城镇郊区0.4城市、森林1大城市中心、丘陵区1～3摘自：赵鸣，《大气边界层动力学》实际模式中，每个网格点赋予一个地面粗糙度值——有效地面粗糙度风宜科技1.3全边界层的风切变大量研究表明，近地层一般约80～100余米高，随着生产、生活的发展进步，现代高耸建筑工程技术已延伸到近地层之上的Ekman层。目前常把200～300米以下的气层称作塔层。风电工程技术也

5、已延伸到塔层高度。在近地层以上的塔层内，除地形、地表粗糙度、摩擦速度、大气稳定性这四个影响因子外，地转偏向力、大气斜压性、水平风剪切这三种因素的对风廓线的影响增大。考虑较大山体（相对高差300米以上）的影响，简单以近地层对数律描述风廓线，已不再适应工程发展的要求。由于影响因子增加，塔层内的风切变更加复杂。风宜科技1.3全边界层的风切变LMO为Monin-Obukhov长度，是表示大气稳定度的；h为边界层顶高；d为与夹卷层有关的经验系数（有取为0.8的）；LMBL是Ekman层中的一种混合长度（一般地认为在Ekman层中是常数）

6、。风宜科技1.3全边界层的风切变丹麦Høvsøre测风塔2004-3-15～2005-11-2410、40、60、80、100、120和160m高度实测风结果（30°～90°扇区）与公式拟合From:Sven-ErikGryningetal.,Ontheextensionofthewindprofileoverhomogeneousterrainbeyondthesurfaceboundarylayer风宜科技1.3全边界层的风切变德国Hamburg电视塔50、110、175和250m高度及附近一12m高的测风塔2003年一整

7、年的实测风结果（225°～330°扇区）与公式拟合From:S-EGryningetal.,Thewindprofileupto300metersoverflatterrain,TheScienceofMakingTorquefromWind风宜科技1.4大气边界层湍流湍流可以想象成是涡旋的不规则运动组成。大气边界层中湍流的时空尺度变化巨大：最大的涡旋尺度相当于边界层的厚度，直径100m—3000m；最小的涡旋量级只几毫米。大涡包络小涡，小涡中还有更小的涡。大涡的能量传给小涡，小涡传给更小的涡，直到被分子粘性耗散掉。风宜科技1

8、.4大气边界层湍流关于湍流的两句名言：WernerKarlHeisenberg（量子力学的主要创始人）我要带两个问题去问上帝,一个是量子力学,一个是湍流，估计第一个问题上帝是有答案的。气象学家洛伦兹的“蝴蝶效应”“一只亚马逊热带雨林中的蝴蝶偶尔扇动几下翅膀,可能引起美国德克萨