风能资源评估的参数计算和统计分析方法研究

摘要

能源危机已经是一个人类共同面临的世界性难题,20世纪的世界范围内的两次石油危机,使人们意识到寻求和发展可以替代化石燃料的其他能源的重要性和紧迫性；而且大规模开发利用化石能源也带来气候变化、环境污染等诸多问题。风能是一种清洁的、可再生能源,风力发电是具有大规模发展潜力的成熟的可再生能源技术。近年来风电场建设急剧增加,而风能资源评估是风电场建设的重要基础和成败的关键因素之一。风能资源的评估直接影响到风电场的建设及风力机的选择、布置、发电量的计算、经济性分析等设计指标。因此,风能资源评估的准确性,即对风能评估方法的研究显得尤为重要。
　　 本文以乌拉特后旗风场作为研究区域,区域内已有的海力素气象站和测风塔(高度:70m)两个测站作为代表点,1977-2007年的观测资料为基础。采用统计分析的方法,分别计算了气象站代表年、测风塔测风年和测风塔代表年的平均风速、风频及风能方向频率、风速频率及风能频率、平均空气密度、平均风功率密度、风能有效小时数、Weibull分布参数、50年一遇最大风速等一系列风况参数；采用三种方法分别估算了研究区域的风能总储量,并就三种方法评估的结果进行了差异性分析。结果表明:
　　 1、海力素气象站观测资料计算的乌拉特后旗风场10m高度处的年平均风速为5.5m·s-1,年主导风向和年主要风能频率均为SSE风,年平均空气密度为1.0610kg·m-3,年平均风功率密度为156.1 W·m-2,Weibull分布的k值为2.2111,c值为6.1716,年风能有效小时数为756211,50年一遇最大风速为26.0 m·s-1,风能总储量为5629MW。
　　 2、测风塔测风年资料计算的乌拉特后旗风场10m高度年平均风速为6.2 m·s-1,年主导风向和主要风能频率均为SSW风,年平均空气密度为1.0460kg·m-3,年平均风功率密度为223.68 W·m-2,Weibull分布k值为2.2862,c值为7.0730,年风能有效小时数为8170h,风能总储量为8066MW。
　　 70m高度处年平均风速为8.0 m·s-1,年平均风功率密度为488.04 W·m-2,Weibull分布的k值为2.1288,c值为9.0684,年风能有效小时数为8193h,50年一遇最大风速为30.3 m·s-1,风能总储量为17599MW。
　　 3、测风塔代表年资料计算的乌拉特后旗风场10m高度处年平均风速为6.5 m·s-1,年平均风功率密度为245.97 W·m-2,Weibull分布k值为2.3729,c值为7.3801,年风能有效小时数为8295h,风能总储量为8870MW。
　　 70m高度处年平均风速为8.3 m·s-1,年平均风功率密度为538.42 W·m-2,Weibull分布k值为2.2165,c值为9.4717,年风能有效小时数为8341h,风能总储量为19415MW。
　　 4、年平均风速:10m高度处,测风塔测风年和代表年分别比气象站大O.7m·s-1和1.0m·s-1；年主导风向:测风塔10m高度处比气象站沿顺时针方向偏差了两个方位,比测风塔70m高度沿顺时针方向偏差了三个方位；风速频率:测风塔比气象站向高风速段区间有明显的增加。
　　 5、一年中各月气象站处的空气密度均大于测风塔处的空气密度,变化范围在0.18％～3.57％之间。
　　 6、年平均风功率密度:10m高度处,测风年和代表年分别是气象站的143.29％和189.87％。测风塔10m～70m代表年与测风年相比,增大幅度在7.16％～13.09％之间。
　　 风能有效小时数:10m高度处,测风年和代表年分别是气象站的108.04％和109.69％:70m处代表年比测风年大1.81％。
　　 Weibull参数值:测风塔比气象站计算的结果大,其中形状参数k增大范围为3.35％～7.32％,尺度参数c增大范围为4.34％～19.58％。
　　 7、乌拉特后旗风场70m处的50年一遇最大风速为30.3 m·s-1。
　　 8、乌拉特后旗风场的风能总储量,10m高度处,测风年和代表年的估算值分别是气象站估算值的1.43倍和1.58倍；70m高度处,估算值代表年比测风年大10.32％。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容及特色

第二章 内蒙古乌拉特后旗风场背景介绍

2.1 乌拉特后旗风场地理位置

2.2 乌拉特地区气候特征及风况成因

2.3 乌拉特后旗风场交通条件

第三章 资料与方法

3.1 资料来源

3.2 研究方法

第四章 风况参数的计算

4.1 基于气象站历史观测资料的风况参数计算

4.1.1 气象站月、年平均风速

4.1.2 气象站月、年平均风功率密度

4.1.3 气象站年风速频率

4.1.4 气象站风向频率及风能方向分布

4.1.5 气象站风能有效小时数

4.1.6 气象站Weibull分布参数

4.1.7 气象站风能总储量

4.1.8 气象站50年一遇最大风速

4.2 测风塔测风年风况参数的计算

4.2.1 测风塔空气密度的计算

4.2.2 测风年风速及风功率密度

4.2.3 测风年风速频率及风能频率分布

4.2.4 测风年风向频率及风能方向分布

4.2.5 测风年风能有效小时数

4.2.6 测风年weibull分布参数

4.2.7 测风年风能总储量

4.2.8 测风塔处50年一遇最大风速

4.3 测风塔代表年风况参数的计算

4.3.1 代表年风速和风功率密度

4.3.2 代表年风速频率和风能频率分布

4.3.3 代表年风向频率及风能方向分布

4.3.4 代表年风能有效小时数

4.3.5 代表年weibull分布参数

4.3.6 代表年风能总储量

第五章 乌拉特后旗风场三种评估结果的差异性分析

5.1 资料代表性分析

5.2 风速的差异

5.3 风频及风能方向频率的差异

5.4 风速频率及风能频率的差异

5.5 空气密度的差异

5.6 风功率密度的差异

5.7 风能有效小时数的差异

5.8 Weibull分布参数的比较

5.9 风能总储量的比较

第六章 结论与讨论

6.1 结论

6.2 讨论

参考文献

致谢

个人简历