风资源对风力发电性能的影响分析

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【摘要】风资源是风力发电的原材料，因此，对风资源进行有效的评估是必不可少的。文章对风资源对风力发电性能的影响进行分析，具有一定的借鉴意义。

【关键词】风资源；风力发电；性能；影响

中图分类号：TM315文献标识码： A

前言

文章对全球风力发电发展进行了介绍，对风力发电的特点和优缺点进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对风资源对风力发电性能的影响进行了探讨。

二、全球风力发电发展概况

1.资源分布

风能的有效利用取决于风力机轮中心高处最小年平均风速。这一界限一般取5m/s左右；根据实际利用情况，这一界线值可能高一些或低一些。由于风力机制造成本的降低以及常规能源价格的提高，根据相关资料统计，每年来自外层空间的辐射能为1.5*1018kw·h；这一能量是1973年全世界电厂1*1010kw·h功率的约400倍。风能的年平均风速不是每年相同，但偏差不大。通过对不同气象站的数据计算得出，在相当长的时间里，年平均风速的最大偏差小风车为1m/s，大风车为1.3m/s，其中50%气象站的误差在0.2m/s以下。

2.发展阶段

德国和丹麦是最早发展风力发电行业的国家。随着各国将风力发电设备制造业作为重点扶持的新兴行业，全球风力发电行业迅速发展。主要分布为四个发展阶段：一是起步阶段；因轨迹能源危机，当时各国对风能的开发非常重视，所以这一阶段国际风力发电技术数目增长迅速。丹麦维斯塔斯、德国爱纳康公司等国际风力发电领域的重要竞争者在这一阶段开始成长。二是稳步发展阶段；因国际油价稳定，加之风力发电行业的集中性、垄断性初露端倪，风力发电技术的发展缓慢。三是波动发展阶段；这一阶段风力发电行业的垄断性加剧，从原材料、工艺技术到市场几乎被少数几个世界顶级公司所垄断，所以风力发电专业技术很长一段时间都趋于平缓。四是高速发展阶段；自2002年以来，风力发电技术的发展速度以创历史新高。每年的新增装机容量都突破10000MW，近几年来全球新增风力发电装机主要集中在美国、中国、西班牙、印度和德国等国。

技术发展现状及趋势

大型风力发电机组有两种发展模式。陆地风力发电，其风向是低风速发电技术，主要机型是2- 5MW的大型风力发电机组，这种模式的关键是向电网输电。近海风力发电，主要用于比较浅的近海海域，安装5MW以上的大型风力发电机。目前，风力发电技术已经发展得较为成熟主要表现在一下几个方面：风力发电机组单机容量持续增大；变桨距功率可调节型机组发展迅速。变速恒频技术得到快速推广。无齿轮风力发电机组的市场份额迅速扩大。全功率变流技术兴起。

三、风力发电的特点和优缺点

1.风力发电的特点

首先，风能取之不尽，用之不竭，属于清洁高效的新能源。在进行风力发电的时候，要让不会产生任何废气和废水，没有其他污染，属于一项可再生能源，用风力发电是一个非常有利的事情。跟其他发电方式进行比较，风力发电不需要购买燃料，也不需要对材料的运费负责，更不需要对发电遗留的残渣进行处理。

其次，风力发电具有地域性，不是每一个地域都可以修建风力发电站。风力发电站必须要要建立在风能资源丰富的区域，风速比较大，持续的时间也是相当长的，风力资源跟地势和地貌有着比较大的关系。

再次，风力发电具有比较强的季节性，这个特点就决定了风力发电只能在整个发电系统中处于一个配角的位置，风力发电的使用方式主要有两种：一种是能源利用：风力发电机群并网进行，没有风就不发电；另一种是没有电网的高山、牧区和海岛，主要是风力发电机跟柴油发电机联合运行，有风力的时候进行风力发电，没有风力的时候用柴油机进行发电。

2.风力发电的优缺点

优点：清洁，具有比较好的环境效益；属于可再生资源，不会枯竭；建设周期比较短，投资也不大；装机的规模比较灵活。

缺点：有噪声和视觉方面的污染；占用的土地面积比较大；稳定性不好，不可控；当前的应用成本比较高。

四、风力资源测评评估

风电场场址初步选定后，应根据有关标准在场址中立塔测风。测风塔位置的选择要选具有代表整个风电场的风资源状况，具体做法：根据现场地形情况结合地形图，在地形图上初步选定可安装风机的位置，测风要立于安装风机较多的地方，如地形较复杂要分片布置立测风塔，测风塔不能立于风速分离区和粗糙度的过渡线区域，即测风塔附近应无高大建筑物、地形较陡、树木等障碍物，与单个障碍物距离应大于障碍物高度的3倍，与成排障碍物距离应保持在障碍物最大高度的10倍以上；测风塔位置应选择在风场主风向的上风向位置。测风塔数量依风场地形复杂程度而定：对于较为简单、平坦地形，可选一处安装测风设备；对于地形较为复杂的风场，要根据地形分片布置测风点。测风高度最好和风机的轮毂高度一样，应不低于风机轮毂高度的2／3，一般测风塔为70m高，分别在10m、30m、50m、70m的位置安装测风设备。测风塔设立后，进行至少1年以上的观测，主要测量l0m-70m／l00m的l0分钟平均风速和风向、日平均气温、日最高和最低气温、日平均气压以及10分钟脉动风速平均值。这些风速的测量主要是为了根据风机功率曲线计算发电量。

通过与长期站的相关计算整理一套反映风电场长期平均水平的代表数据。综合考虑风电场地形、地表粗糙度、障碍物等。并合理利用风电场各测站订正后的测风资料，利用专业风资源评估软件，绘制风电场预装风电机组轮毂高度风能资源分布图，结合风电机组功率曲线计算各风机的发电量。根据以上形成的各种参数，对风电场风能资源进行评估，以判断风电场是否具有开发价值。

五、风资源对风力发电性能的影响

风能资源常以风能密度表示，即单位时间内垂直通过单位面积的气流所具有的能量。当风速V≥2米/秒时，风能就可开发利用。现在我国风电场建设中，对风电场的风能资源酝藏量、技术可开发量、经济可开发量的计算方法，在任何技术规程和规定中都没有明确。

一个风电场在有限的范围内、能够开发多大的风能资源？是投资商十分关心的问题、设计咨询单位应解决并回答下面的问题：在合理利用风能资源和实现风能资源利用最大化时的前提下、计算风电场风能资源酝藏量，确定风电场的技术可开发量和经济可开发量（即规划容量）。这是风电场的前期工作必须解决的问题。

一个风电场风能资源的酝藏量，取决于风电场测风的成果和面积的大小，根据测风成果，分析和计算风电场风的功率密度，资源评价，并根据功率密度和面积计算风电场风能资源酝藏量。

一个风电场的技术可开发量是在掌握风电场风能资源酝藏量的前提下，在风电技术及风电场建设条件允许的情况下，最大的技术可开发量，不一定是最佳的建设容量。一个风电场技术可开发量的大小取决于风电场的建设条件和机型的选择。

一个风电场的经济可开发量是在风电场技术可开发量的前提下，通过技术经济优化计算比较后确定的，是投资者最关心的。一个风电场的规划容量应该是该风电场的经济可开发量。

其实，一个风电场规划容量的确定，应该涉及到这个风电场究竟有多少风能资源酝藏量，在目前风电技术条件下，这个风电场技术上究竟有多大的可开发量，这些风能资源如何得到充分的开发利用？如何实现风能资源利用最大化？不会造成资源的浪费，这不是一个简单的问题，也不能简单用一个单位面积开发容量系数(5MW/km2) 能够解决的，只有通过不同机型的选择，实现风电场机型的优化配置，确定适合该风电场的最佳机型；再通过机组的优化布置，实现风电场风能资源的优化配置；通过技术经济比较，最后确定风电场经济的可开发量，即规划容量。

结束语

风力资源的质量对于风电场的配置、产生电能的质量等都具有重要影响，因此，加强风资源对风力发电性能的影响是非常有必要的。

参考文献

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