复杂地形下的风能资源分析与评估

摘要

风能资源的分析与评估对于建设风电场是至关重要的，近则关系到风电场的选址、施工、安装，远则关系到将来机组的出力和发电量乃至整个风电场的经济效益。风速分布曲线是判断风能资源的重要手段，工程上常用Weibull分布来估算风电场风能资源的一些重要参数。
　　本文的研究目的是为中国的风能资源评估提供技术依据，以更好的利用风能资源。WAsP软件是目前最常用的风能资源评估软件。此软件在欧洲平坦地形条件发挥良好，但面对复杂地形时则偏差较大。而中国风能资源丰富的地区通常存在丘陵、山谷等多种复杂多变地形，因此，本文针对复杂地形下的风能资源分析与评估展开研究。
　　本文研究了典型风能资源分析评估方法及其特征，分析了风能评估系统主要功能结构。构建由主模块、数据管理、系统设置、数据分析及经济分析多个模块组成的风能资源评估系统框架。设计测风数据分析与风力发电量估算模块，实现风速变化规律、风向频率、风向密度以及年有效风力资源等数据分析。在评估系统中加入风场经济分析方法，并建立风能系统主程序结构，保证风能评估系统的有效运行。针对环境流场、下垫面特征、近地层物理过程等对复杂地形气流分布因素的产生影响，研究基于静力模型的风能资源评估方法。为降低绕流对评估结果准确性的影响，在静力模型中引入水平运动方程，以提升评估模型计算结果准确性。
　　本文利用理想山体作为仿真计算对象，通过对比不同算法的风能评估结果，验证了所提方法的有效性。以实际复杂地形下的风电场选址与排布作为研究对象，设计了风电场选址排布计算方法框架。通过分析区域风力资源，对风电场分别进行宏观选址与微观选址。通过对比分析优化后的风电场发电量及其经济性，进一步验证了所提风力评估方法的正确性。

目录

声明

摘要

1．1 研究意义和背景

1．2 研究目的和内容

1．3 风能资源评估系统相关理论

1．3．1 风力发电机的相关理论

1．3．2 大气稳定度

1．3．3 地面粗糙度

1．3．4 风能资源的测量分析

1．4 复杂地形风能资源评估方法

1．4．1 准静力模型

1．4．2 准静力改进模型

1．5 国内外研究现状

1．6 小结

第2章 典型风能资源评估模型

2．1 风速概率密度分布模型

2．1．1 威布尔概率密度分布模型

2．1．2 风速概率密度分布通用模型

2．2 风功率密度与风能转化模型

2．2．1 发电机功率曲线

2．2．2 有效风功率密度

2．3 风能统计模型

2．3．1 年有效小时

2．3．2 容量系数

2．4 小结

第3章 风能资源经济评估模型

3．1 生命周期成本法

3．2 风电场成本分析与评估

3．3 风电场盈利模式

3．4 经济评估模型分析

3．5 小结

第4章 风能资源评估系统总体设计

4．1 系统的总体架构

4．2 发电量的估算

4．2．1 基础数据的测量整理

4．2．2 风力发电量的估算

4．3 风能资源评估模型设计

4．3．1 风速分布概率统计模型

4．3．2 其它分析功能

4．4 经济分析与主程序结构设计

4．4．1 风能资源评估的经济分析功能设计

4．4．2 风能资源评估系统主程序结构设计

4．5 小结

第5章 风电场选址与风机优化排布

5．1 风电场宏观选址

5．2 风电场微观选址

5．2．1 风资源评估

5．2．2 风机排布

5．3 实例分析

5．3．1 风电场宏观选址分析

5．3．2 微观选址分析

5．4 小结

第6章 总结

参考文献

致谢