每个风电场场址只需按一套气压和温度传感器，其塔上安装高度为2-3 米
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§3：风场中的空气动力问题
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§3：风场中的空气动力问题
风力机尾流效应
风力机吸收了能量和风力机本身对气流的扰动，在下游形成尾流区
AV尾流模型
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§3：风场中的空气动力问题
无粘近场尾流模型 假设在风力机近场尾流区的流动是无粘旋转的流动，根据毕奥-萨 的表达式 伐定律可得到风力机尾流旋转轴上的无量纲轴向速度 vc 为
vc Vc 1 a 1 x V
风电场场址评估
风电场场址评估决定于风电场场址的风资源、投资规模、贷款利息、风力机性 能及电网负荷等因素。评估时要根据上述因素计算风电成本，并与当地常规电 力成本比较，得出评估结论。如果风电成本与当地常规电力成本比较，考虑到 社会效益和环境效益，风电成本略高于当地常规电力成本，则认为风电场场址 的选择是合理的。

x2 0.25

式中 Vc——尾流旋转轴上的轴向速度；
V——来流速度；
x' = x/D，x为风轮下游某点到风轮平面的轴向距离，D为风轮 直径； a——风轮轴向速度诱导因子。

无粘近场尾流模型只能近似用于描述时的风力机尾流区速度分布
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
如果某地区的年平均风速是已知的，可以知道年风功率密度。更准确 一点，已知一年内每小时的平均速度Ui，得到以小时平均的年平均风 功率密度 3
P/ A
1 rU K e 2
U ——年平均风速
Ke——能量形式因子， K e
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
风功率密度:单位面积上的风功率
设空气流动质量流量为dm/dt，密度为ρ，风速（假定为均匀风速）为U，风轮 面积为A， 根据连续方程有 （dm/dt）=ρAU 单位时间的动能，即功率可表示为 P=（1/2）（dm/dt）U2=（1/2）ρAU3 单位面积上的功率P/A，即风功率密度表示为 P/A=（1/2）ρU3 注意：
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§3：风场中的空气动力问题
的表达式为 根据动量定理可得到风力机尾流区无量纲轴向速度 vc
V 1 c 1 2a vc V 1 2 kx D
风力机空气动力学
第三部分：风资源的评估
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§3：风场中的空气动力问题
风资源评估
世界能源委员会(World Energy Council)将风资源评估分为五类：
气象测量储存量（Meteorological potential），它等价于可用风能 资源；
地域风能储量(Site potential），它是在前者的基础上，限定了地 形的因素；
技术可开发风能储量（Technical potential）；
经济可用风能储量（Economic potential），是经济可用的技术可 开发量； 可实现的风能储（Implement potential），考虑风力机在一定时 间内能捕获的风能资源。 最常评估的是前三种。
由于功率 力×速度，所以，风的功率与速度的三次方成 比例 风功率：
P＝0.5*r*A*V3
A面积、r空气密度、V风速
这是风所具有的能量。而风力机最大可能吸收的风能仅为其的 16/27=0.59259(贝茨极限）
如果把风所具有的能量全都吸收了，会发生什么？
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无量纲尾流旋转轴上的速度损失v‘c可表示为
vc V Vc 13 2 0.3780CT V r
x
23
无量纲尾流横向剖面上的相对速度损失v‘d可表示为
vc 1.0 3 2 vd
r


2
式中 y D , y为横向某点距风轮旋转轴的距离。
1 NU
3
U
i 1
N
3 i
N——年小时数，8760。
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§3：风力机空气动力学 §3－10：风电场中的空气动力问题
各稳定风速下的风功率密度（空气密度=1.225kg/m3） 风速（m/s） 0 5 ~5.5 5.5~8.7 10 10.5~ 15 20 25 30
环境影响评估
有利方面：风电场对减轻环境污染、改善当地能源结构以及保护 生态环境等方面所产生的社会效益和环境效益 不利方面：影响附近地区的景观，对鸟类及其它动物生活的干扰， 以及风力发电机组所产生的噪声污染和电磁干扰影响等
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§3：风场中的空气动力问题
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§3：风场中的空气动力问题
半经验尾流模型 是丹麦国家实验室RISØ发展的一种尾流模型，它主要用于计算风 电场中处在尾流区的风力机的功率输出 假设
» 尾流初始直径为风轮直径 » 尾流增长速率呈线性关系
» 尾流横向剖面上的速度是均匀的
半经验尾流模型
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风功率密度（W/m2） 0 80 ~100 100~400 610 700~ 2070 4900 9560 16550
风资源评价 贫乏 贫乏 贫乏 丰富 丰富 很丰富 很丰富 很丰富 很丰富 很丰富
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中国风功率密度分布(中国气象局第三次普查结果)
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§3：风场中的空气动力问题
简化尾流模型 根据轴对称物体尾流理论建立的一种远场尾流模型其无量纲尾 流半径 r 可表示为
r r D 3 x
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式中 r——尾流半径； D——风轮直径；
——参数，在低湍流度下，一般取0.18；
——参数， = 0.4860CT，CT为风轮轴向力（推力）系数。
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§3：风场中的空气动力问题
经济条件 该地区的经济发展状况与对电力需求的程度 地理条件 风电场的地理位臵、海拔高度以及交通运输等基础设施条件等状 况，它们将直接影响风力发电机组的运输、安装和调试等 地形条件 地形条件是指风电场场址的地形、地貌以及地面障碍物等。风电 场场址最好选在 “平坦地形”，即在4km~6km半径范围内，场址 周围地形的高度差小于50m；并且地形高长比小于0.03（即3%坡 度）。另外，还要考虑建筑物和防护林带等地面障碍物对其附近 气流的扰动作用
风功率密度
理解“风能”，需要很好地理解“功”，“功率”和“能量”
力×距离功；
当力使物体移动了一定的距离，就对该物体做了功
力×速度功率；
功率是做功的比率，即、由施加在物体上的力与物体运动的速度之乘 积。得到为该物体作用的功率.
风力机的机械功率是通过风绕流叶片时所产生的空气动力（力矩）驱 动风力机轴所产生的，即力矩×转速。
功率×时间能量
机械能可以是势能或动能 一个举起的物体具有势能；由于物体的高度和运动速度，释放后势能 变成动能，并随速度的平方增加。
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§3：风场中的空气动力问题
运动着的风具有动能风速的平方
当风吹向一个物体是，速度会减小（动能减小），而（静）压力会 提高（势能提高）。导致可驱动物体运动的作用力与动能成比例
气象条件 风能资源丰富区：10m高度处的年平均风速在6m/s以上，风功率 密度大于200W/m2的地区 风向比较稳定的地区 风能日变化和年变化较小的地区 气候灾害（包括台风、风暴、积冰、风沙、盐雾、雷电、冰雹等） 较少的地区 并网条件 风电场场址要邻近主电网，便于并入主电网，使风电场投资中的 线路投资较少，从而降低风电成本
风电场工艺布臵
在风电场微观选址后，要对风电场进行总体规划，绘制风电场工艺布置图
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§3：风场中的空气动力问题
风的测量
为进行精确的风力发电机组微观选址，现场所安装的测风塔的数量 一般不能少于2座，若条件许可，对于地形复杂区应该为4-8座. 测风塔应该尽量安装在最能代表并反映风电场风能资源的位臵. 测风应该在空旷地进行，尽量远离高大树木和建筑物，在选择位臵 时要充分考虑地形和障碍物的影响. 如果测风塔必须安装在障碍物附近，则在盛行风的下风向与障碍物 的水平距离应不少于该障碍物高度的10倍处安装 如果测风塔必须设立在树木密集的地方，则至少高出树木顶端10米
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
风资源评估
我国气象局根据《全国风能资源评价技术规定》和国家发展改革委印 发的《全国大型风电场建设前期工作大纲》（发改办能源[2003]1287 号）初步探明我国陆上距地面10米高度： 全国风能资源总储量42.65亿KW， 技术可开发量2.98亿KW，面积约20万平方公里；

潜在技术可开发量为0.78亿KW .
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