风资源与微观选址 理论基础与工程应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1风资源评估学科介绍 1

1.2风气候 2

1.2.1全球风气候 2

1.2.2中尺度风气候 3

1.2.3局地风气候 3

1.3风资源的不确定性 4

第2章 风资源与微观选址工程（上） 6

2.1地表粗糙度 6

2.1.1粗糙度长度 6

2.1.2粗糙度与风廓线 9

2.1.3内部边界层 9

2.1.4粗糙长度改变模型 10

2.1.5置换高度 11

2.1.6风切变 12

2.2地形加速效应 13

2.2.1水平风加速廓线 13

2.2.2垂直风加速廓线 14

2.2.3地形分类 16

2.2.4崎岖指数 18

2.3障碍物遮挡效应 19

2.3.1风速降低效应 19

2.3.2湍流增加效应 21

2.4风力发电机组的尾流 22

2.4.1尾流的基本结构特征 23

2.4.2尾流中风速减低效应的计算模型 24

2.4.3尾流中湍流强度增加的计算模型 25

2.4.4大型风电场的尾流 26

2.4.5复杂风电场的尾流 28

第3章 风资源与微观选址工程（下） 29

3.1风图谱分析与应用程序 29

3.1.1基本原理 29

3.1.2风流模型 30

3.1.3模型的适用性 31

3.1.4复杂地形修正 33

3.2计算流体力学模型简述 34

3.2.1计算流体力学概述 34

3.2.2流体与流动的基本特性 35

3.2.3控制方程 37

3.2.4边界条件与初始条件 37

3.2.5网格化 38

3.2.6解析离散方程 39

3.2.7计算结果处理与显示 40

3.3测风塔的代表性 41

3.3.1风气候相似 42

3.3.2地形地貌相似 43

3.3.3障碍物遮挡效应相似 43

3.4微观选址 44

3.4.1排布效率 44

3.4.2载荷风况 45

3.4.3微观选址的流程 46

3.4.4现场定点及微调 46

3.4.5扇区管理 48

3.4.6风资源评估与微观选址报告 49

第4章 风数据统计分析 51

4.1风数据时间序列 51

4.1.1随机现象 51

4.1.2平均值与标准差 51

4.1.3平均风速时间序列 51

4.1.4湍流强度时间序列 52

4.1.5风向时间序列 54

4.2风速的概率密度分布 56

4.2.1概率密度分布 56

4.2.2平均风速的计算 56

4.2.3威布尔概率密度分布 57

4.2.4威布尔累计概率分布 59

4.2.5威布尔分布的参数估计 60

4.2.6威布尔分布的决定系数 62

4.2.7瑞利分布 64

4.2.8风玫瑰图 64

4.3风功率密度与风能转化 65

4.3.1风功率密度计算 65

4.3.2贝兹极限 66

4.3.3风功率转化系数 68

4.3.4风力发电机组的功率曲线 69

第5章 风数据长期修正 71

5.1风数据相关性分析 71

5.1.1风数据相关性的影响因素 71

5.1.2随机变量的相关性 72

5.1.3平均时间周期影响 73

5.1.4偏度与峰度 75

5.2风数据回归分析及预测 75

5.2.1回归分析方法 76

5.2.2风数据有效性 76

5.2.3简单线性模型 77

5.2.4方差比例模型 79

5.2.5二维线性回归模型 79

5.2.6威布尔参数缩放模型 80

5.2.7多项式模型 80

5.2.8莫蒂默模型 81

5.2.9人工神经网络模型 81

5.2.10 WindPRO矩阵模型 82

5.3预测的不确定性分析 85

5.3.1同期风数据长度 85

5.3.2残差与决定系数 86

5.3.3预测值标准差的测量与估计 87

5.4再分析数据的应用 88

5.4.1气压高度与σ高度 88

5.4.2再分析数据的一致性 89

5.4.3再分析数据应用的不确定性 90

第6章 风资源评估的不确定性 91

6.1统计不确定性 91

6.1.1正态分布函数特性 91

6.1.2不确定度计算 92

6.1.3超越概率 93

6.1.4平均风速敏感度分析 95

6.2损耗折减及其不确定度 96

6.2.1尾流折减 96

6.2.2可利用率折减 97

6.2.3功率曲线折减 98

6.2.4电气损耗 98

6.2.5环境损耗 99

6.2.6缩减损耗 99

6.3偏差修正及其不确定度 99

6.3.1平均风速长期修正 99

6.3.2复杂风场RIX修正 100

6.3.3超大型风场的模型问题 100

6.3.4功率曲线修正 101

6.4风数据的不确定度 102

6.4.1风数据质量 102

6.4.2威布尔分布决定系数 102

6.4.3风速年度波动 102

6.4.4未来风气候趋势 103

6.5风流模型的不确定度 103

6.5.1垂直外推 103

6.5.2水平外推 104

6.5.3地表形态相似度 104

6.5.4森林 105

6.5.5风流模型不确定度小结 105

6.6不确定度分析案例 106

第7章 极端风况 107

7.1 Gumbel极值分布 107

7.2极大风速估计 108

7.2.1独立大风事件 108

7.2.2经典Gumbel极值分布法 110

7.2.3柏拉图极值分布法 112

7.3极端风况 113

7.3.1极大阵风 113

7.3.2极端风向变化 114

7.3.3极端风切变 114

7.3.4极端湍流 116

7.4台风 118

第8章 风数据的测量 120

8.1杯式风速仪 120

8.1.1杯式风速仪的动力平衡 120

8.1.2杯式风速仪的测量值 121

8.1.3杯式风速仪的标定 122

8.1.4杯式风速仪的动态特性 122

8.1.5杯式风速仪的选择 125

8.2测风塔的安装规范 127

8.2.1实心圆柱形塔 128

8.2.2空心三角架塔 128

8.2.3支杆与附件 129

8.2.4切变气流 130

8.2.5风向仪的安装 130

8.2.6测风塔安装推荐标准 131

8.2.7测风塔安装的气候因素 131

8.2.8风数据的不确定性评估 132

8.3测风塔的管理与维护 132

8.3.1测风塔安装报告 133

8.3.2测风塔验收 135

8.3.3测风塔监控与维护 136

8.4其他种类测风仪器介绍 137

8.4.1螺旋推进式测风仪 137

8.4.2超声波测风仪 138

8.4.3声雷达测风仪 139

8.4.4激光雷达测风仪 140

第9章 大气概论与空气密度 142

9.1干洁大气 142

9.1.1干洁大气的成分 142

9.1.2干洁大气状态方程 143

9.2湿润大气 143

9.2.1水汽压 144

9.2.2相对湿度与绝对湿度 145

9.2.3湿润空气的状态方程 145

9.3大气压力 145

9.3.1位势高度与几何高度 146

9.3.2大气静力学平衡 147

9.3.3温度随高度的变化 147

9.3.4标准大气 148

9.3.5气压随时间的变化 149

9.4风场空气密度计算 150

9.4.1干燥空气的密度 150

9.4.2湿润空气的密度 150

9.4.3空气密度随高度变化 151

9.4.4空气密度随湿度和压力的变化 152

9.4.5温度范围计算 152

第10章 边界层气象 154

10.1大气热力结构分层 154

10.1.1对流层 154

10.1.2平流层 155

10.1.3中间层 156

10.1.4热层 156

10.2大气边界层 157

10.2.1边界层的基本特征 157

10.2.2边界层内的风和气流 158

10.2.3大气边界层的厚度和结构 159

10.2.4变量的时间和空间尺度 160

10.2.5风的平均值与湍流部分 161

10.3大气湍流 162

10.3.1湍流的基本特征 162

10.3.2湍流的产生机制及物理过程 163

10.3.3泰勒假设 164

10.3.4湍流动能 165

10.3.5湍流通量与雷诺平均 166

10.4大气边界层稳定度 167

10.4.1大气稳定度特征 167

10.4.2垂直风切变 169

第11章 大气环流及天气系统 172

11.1基本大气环流 172

11.1.1压力梯度、力和风 172

11.1.2地转风 174

11.1.3地球能量平衡 175

11.1.4三圈环流模型 176

11.1.5极锋与斜压不稳定 177

11.2天气尺度天气系统 178

11.2.1气旋与反气旋 179

11.2.2天气前锋 180

11.2.3热带风暴 180

11.3中尺度天气系统 181

11.3.1中尺度定义 181

11.3.2地形影响 182

11.3.3对流和雷暴 186

11.3.4海陆风 187

11.3.5坡风和谷风 189

11.3.6低空急流 190

11.3.7下坡风暴 192

11.4数值模拟及天气预报 192

11.4.1物理公式 193

11.4.2网格和边界条件 194

11.4.3中尺度气象模型的不确定性 196

11.4.4中尺度气象模型的应用 199

第12章 风电场的环境与健康影响 200

12.1生物影响 200

12.1.1鸟类和蝙蝠 200

12.1.2陆地生物 202

12.1.3植被 202

12.2视觉污染 202

12.2.1光影闪变现象 202

12.2.2光影闪变影响评估 203

12.2.3风景美学 203

12.3噪声污染 204

12.3.1风力发电机的噪声曲线 204

12.3.2声压级计算 205

12.3.3声强级的合成 207

12.4其他环境与健康影响 208

12.4.1公共健康与安全 208

12.4.2无线通信 209

12.4.3固体及危险废弃物 209

12.4.4空气质量及气候影响 209

第13章 风力发电机组的功率性能测试 211

13.1确定测试扇区 211

13.1.1测风塔的位置 211

13.1.2测量的扇区 212

13.2风电场校准及其不确定性 214

13.2.1不需要校准的简单地形 214

13.2.2用两个测风塔校准风电场 215

13.2.3用机舱风速仪校准风电场 216

13.2.4风电场校准参数的验证 217

13.2.5风电场校准的不确定性 218

13.3测试数据的采集与处理 219

13.3.1数据采集 219

13.3.2数据标准化 220

13.3.3测量功率曲线的确定 220

13.4使用机舱风数据测试功率曲线 221

13.4.1机舱风速与自由风速的关系 221

13.4.2机舱风速生成的功率曲线 222

13.5影响功率性能的其他因素 223

13.5.1湍流对功率性能的影响 223

13.5.2风切变对功率性能的影响 223

13.5.3入流角对功率性能的影响 224

第14章 风力发电机的载荷 225

14.1载荷工况 225

14.1.1设计情形 225

14.1.2风况条件 225

14.1.3设计载荷工况 226

14.2载荷类型 227

14.2.1惯性和重力载荷 227

14.2.2空气动力载荷 228

14.2.3功能性载荷 229

14.2.4其他风源载荷 229

14.2.5非风源载荷 229

14.3载荷计算 230

14.3.1气动力弹性载荷计算 230

14.3.2疲劳载荷与S-N曲线 230

14.3.3应力区间分布 231

14.3.4等效载荷 232

14.3.5载荷计算的不确定性 232

14.3.6极端载荷 233

14.4风力发电机载荷的术语定义 234

附录 236

附录A IEC对风力发电机组的分类标准 236

附录B 风电场气象及环境参数表 237

附录C 常用公式表 238

参考文献 239