海上测风塔基础设计-风能分析

海上测风塔测风是为了风电场开发所用，根据测风数据评价风能潜力时，常用的指标是一段时期内风功率密度和风中可开发利用的能量。

1.风功率密度

风功率密度是指与风向垂直的单位面积中风所具有的功率（单位时间内的能量），数值取自测风采集给定时间周期内的平均值。

设定时段的平均风功率密度表达式为

式中 n——在设定时段内的记录数；

ρ——空气密度，kg/m3；

vi——第i段记录的风速，m/s。

平均风功率密度的计算应是设定时段内逐小时风功率密度的平均值，不可用年（或月）平均风速计算年（或月）平均风功率密度。式（1-16）中Dwp计算采用的空气密度ρ必须是当地年平均计算值，它取决于大气温度和压力。

如果风场测风有压力和温度的记录，则空气密度计算为

式中 ρ——空气密度，kg/m3；

P——年平均大气压力，Pa；

R——气体常数，287J/（kg·K）；

T——年平均空气开氏温标绝对温度。

如果没有风场大气压力的实测值，空气密度可以作为海拔高度（z）和温度（T）的函数，计算出估计值为

式中 ρ——空气密度，kg/m3；

z——风场的海拔高度，m；

T——年平均空气开氏温标绝对温度，K。

2.风能密度(www.xing528.com)

风能密度是气流在有效时段内垂直通过单位面积的风能，将风功率密度与时间参数相乘便可得到风能密度。在计算风能密度之前首先应确定风能可利用时间t。

将式（1-8）表示的威布尔分布概率密度函数以f（v）来表示，在计算风能时可利用的时间计算[21]为

式中 N——统计时段内总时间，h；

v1——风力发电机切入风速，m/s；

v2——风力发电机切出风速，m/s。

将式（1-8）代入式（1-19）并进行积分后可得

风能密度表达式为

式中 DWE——风能密度，W·h/m2；

m——风速区间数目；

ρ——空气密度，kg/m3；

v 3j——第j个风速区间的风速（m/s）值的立方；

tj——某扇区或全方位第j个风速区间的风速发生的时间，h。

除了确定风能密度量值外，还应确定风能方向频率。根据风速、风向逐时观测资料，按不同方位（16个方位）统计计算各方向具有的能量，其与总能量之比作为该方向的风能频率。例如，计算年风能方向频率，即

式中 F东——一年内东风所具有的能量占总能量的比值；

m——风向为东风的小时数；

n——年小时数，平年时n=8760，闰年时n=8784。