風(fēng)資源與微觀選址:理論基礎(chǔ)與工程應(yīng)用

張懷全，2006年獲得清華大學(xué)碩士學(xué)位，2008年進(jìn)入風(fēng)電行業(yè)，2009年在美國(guó)芝加哥獲得WAsP認(rèn)證，并一直從事風(fēng)資源評(píng)估相關(guān)的技術(shù)及管理工作。進(jìn)入風(fēng)電行業(yè)之初，就職于世界領(lǐng)先的風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商Vestas，并在丹麥總部接受系統(tǒng)的專業(yè)培訓(xùn)。

前言

第1章緒論

1.1風(fēng)資源評(píng)估學(xué)科介紹

1.2風(fēng)氣候

1.2.1全球風(fēng)氣候

1.2.2中尺度風(fēng)氣候

1.2.3局地風(fēng)氣候

1.3風(fēng)資源的不確定性

第2章風(fēng)資源與微觀選址工程(上)

2.1地表粗糙度

2.1.1粗糙度長(zhǎng)度

2.1.2粗糙度與風(fēng)廓線

2.1.3內(nèi)部邊界層

2.1.4粗糙長(zhǎng)度改變模型

2.1.5置換高度

2.1.6風(fēng)切變

2.2地形加速效應(yīng)

2.2.1水平風(fēng)加速廓線

2.2.2垂直風(fēng)加速廓線

2.2.3地形分類

2.2.4崎嶇指數(shù)

2.3障礙物遮擋效應(yīng)

2.3.1風(fēng)速降低效應(yīng)

2.3.2湍流增加效應(yīng)

2.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的尾流

2.4.1尾流的基本結(jié)構(gòu)特征

2.4.2尾流中風(fēng)速減低效應(yīng)的計(jì)算模型

2.4.3尾流中湍流強(qiáng)度增加的計(jì)算模型

2.4.4大型風(fēng)電場(chǎng)的尾流

2.4.5復(fù)雜風(fēng)電場(chǎng)的尾流

第3章風(fēng)資源與微觀選址工程(下)

3.1風(fēng)圖譜分析與應(yīng)用程序

3.1.1基本原理

3.1.2風(fēng)流模型

3.1.3模型的適用性

3.1.4復(fù)雜地形修正

3.2計(jì)算流體力學(xué)模型簡(jiǎn)述

3.2.1計(jì)算流體力學(xué)概述

3.2.2流體與流動(dòng)的基本特性

3.2.3控制方程

3.2.4邊界條件與初始條件

3.2.5網(wǎng)格化

3.2.6解析離散方程

3.2.7計(jì)算結(jié)果處理與顯示

3.3測(cè)風(fēng)塔的代表性

3.3.1風(fēng)氣候相似

3.3.2地形地貌相似

3.3.3障礙物遮擋效應(yīng)相似

3.4微觀選址

3.4.1排布效率

3.4.2載荷風(fēng)況

3.4.3微觀選址的流程

3.4.4現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)及微調(diào)

3.4.5扇區(qū)管理

3.4.6風(fēng)資源評(píng)估與微觀選址報(bào)告

第4章風(fēng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

4.1風(fēng)數(shù)據(jù)時(shí)間序列

4.1.1隨機(jī)現(xiàn)象

4.1.2平均值與標(biāo)準(zhǔn)差

4.1.3平均風(fēng)速時(shí)間序列

4.1.4湍流強(qiáng)度時(shí)間序列

4.1.5風(fēng)向時(shí)間序列

4.2風(fēng)速的概率密度分布

4.2.1概率密度分布

4.2.2平均風(fēng)速的計(jì)算

4.2.3威布爾概率密度分布

4.2.4威布爾累計(jì)概率分布

4.2.5威布爾分布的參數(shù)估計(jì)

4.2.6威布爾分布的決定系數(shù)

4.2.7瑞利分布

4.2.8風(fēng)玫瑰圖

4.3風(fēng)功率密度與風(fēng)能轉(zhuǎn)化

4.3.1風(fēng)功率密度計(jì)算

4.3.2貝茲極限

4.3.3風(fēng)功率轉(zhuǎn)化系數(shù)

4.3.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率曲線

第5章風(fēng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期修正

5.1風(fēng)數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

5.1.1風(fēng)數(shù)據(jù)相關(guān)性的影響因素

5.1.2隨機(jī)變量的相關(guān)性

5.1.3平均時(shí)間周期影響

5.1.4偏度與峰度

5.2風(fēng)數(shù)據(jù)回歸分析及預(yù)測(cè)

5.2.1回歸分析方法

5.2.2風(fēng)數(shù)據(jù)有效性

5.2.3簡(jiǎn)單線性模型

5.2.4方差比例模型

5.2.5二維線性回歸模型

5.2.6威布爾參數(shù)縮放模型

5.2.7多項(xiàng)式模型

5.2.8莫蒂默模型

5.2.9人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

5.2.10WindPRO矩陣模型

5.3預(yù)測(cè)的不確定性分析

5.3.1同期風(fēng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

5.3.2殘差與決定系數(shù)

5.3.3預(yù)測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)差的測(cè)量與估計(jì)

5.4再分析數(shù)據(jù)的應(yīng)用

5.4.1氣壓高度與σ高度

5.4.2再分析數(shù)據(jù)的一致性

5.4.3再分析數(shù)據(jù)應(yīng)用的不確定性

第6章風(fēng)資源評(píng)估的不確定性

6.1統(tǒng)計(jì)不確定性

6.1.1正態(tài)分布函數(shù)特性

6.1.2不確定度計(jì)算

6.1.3超越概率

6.1.4平均風(fēng)速敏感度分析

6.2損耗折減及其不確定度

6.2.1尾流折減

6.2.2可利用率折減

6.2.3功率曲線折減

6.2.4電氣損耗

6.2.5環(huán)境損耗

6.2.6縮減損耗

6.3偏差修正及其不確定度

6.3.1平均風(fēng)速長(zhǎng)期修正

6.3.2復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)RIX修正

6.3.3超大型風(fēng)場(chǎng)的模型問(wèn)題

6.3.4功率曲線修正

6.4風(fēng)數(shù)據(jù)的不確定度

6.4.1風(fēng)數(shù)據(jù)質(zhì)量

6.4.2威布爾分布決定系數(shù)

6.4.3風(fēng)速年度波動(dòng)

6.4.4未來(lái)風(fēng)氣候趨勢(shì)

6.5風(fēng)流模型的不確定度

6.5.1垂直外推

6.5.2水平外推

6.5.3地表形態(tài)相似度

6.5.4森林

6.5.5風(fēng)流模型不確定度小結(jié)

6.6不確定度分析案例

第7章極端風(fēng)況

7.1Gumbel極值分布

7.2極大風(fēng)速估計(jì)

7.2.1獨(dú)立大風(fēng)事件

7.2.2經(jīng)典Gumbel極值分布法

7.2.3柏拉圖極值分布法

7.3極端風(fēng)況

7.3.1極大陣風(fēng)

7.3.2極端風(fēng)向變化

7.3.3極端風(fēng)切變

7.3.4極端湍流

7.4臺(tái)風(fēng)

第8章風(fēng)數(shù)據(jù)的測(cè)量

8.1杯式風(fēng)速儀

8.1.1杯式風(fēng)速儀的動(dòng)力平衡

8.1.2杯式風(fēng)速儀的測(cè)量值

8.1.3杯式風(fēng)速儀的標(biāo)定

8.1.4杯式風(fēng)速儀的動(dòng)態(tài)特性

8.1.5杯式風(fēng)速儀的選擇

8.2測(cè)風(fēng)塔的安裝規(guī)范

8.2.1實(shí)心圓柱形塔

8.2.2空心三角架塔

8.2.3支桿與附件

8.2.4切變氣流

8.2.5風(fēng)向儀的安裝

8.2.6測(cè)風(fēng)塔安裝推薦標(biāo)準(zhǔn)

8.2.7測(cè)風(fēng)塔安裝的氣候因素

8.2.8風(fēng)數(shù)據(jù)的不確定性評(píng)估

8.3測(cè)風(fēng)塔的管理與維護(hù)

8.3.1測(cè)風(fēng)塔安裝報(bào)告

8.3.2測(cè)風(fēng)塔驗(yàn)收

8.3.3測(cè)風(fēng)塔監(jiān)控與維護(hù)

8.4其他種類測(cè)風(fēng)儀器介紹

8.4.1螺旋推進(jìn)式測(cè)風(fēng)儀

8.4.2超聲波測(cè)風(fēng)儀

8.4.3聲雷達(dá)測(cè)風(fēng)儀

8.4.4激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)儀

第9章大氣概論與空氣密度

9.1干潔大氣

9.1.1干潔大氣的成分

9.1.2干潔大氣狀態(tài)方程

9.2濕潤(rùn)大氣

9.2.1水汽壓

9.2.2相對(duì)濕度與絕對(duì)濕度

9.2.3濕潤(rùn)空氣的狀態(tài)方程

9.3大氣壓力

9.3.1位勢(shì)高度與幾何高度

9.3.2大氣靜力學(xué)平衡

9.3.3溫度隨高度的變化

9.3.4標(biāo)準(zhǔn)大氣

9.3.5氣壓隨時(shí)間的變化

9.4風(fēng)場(chǎng)空氣密度計(jì)算

9.4.1干燥空氣的密度

9.4.2濕潤(rùn)空氣的密度

9.4.3空氣密度隨高度變化

9.4.4空氣密度隨濕度和壓力的變化

9.4.5溫度范圍計(jì)算

第10章邊界層氣象

10.1大氣熱力結(jié)構(gòu)分層

10.1.1對(duì)流層

10.1.2平流層

10.1.3中間層

10.1.4熱層

10.2大氣邊界層

10.2.1邊界層的基本特征

10.2.2邊界層內(nèi)的風(fēng)和氣流

10.2.3大氣邊界層的厚度和結(jié)構(gòu)

10.2.4變量的時(shí)間和空間尺度

10.2.5風(fēng)的平均值與湍流部分

10.3大氣湍流

10.3.1湍流的基本特征

10.3.2湍流的產(chǎn)生機(jī)制及物理過(guò)程

10.3.3泰勒假設(shè)

10.3.4湍流動(dòng)能

10.3.5湍流通量與雷諾平均

10.4大氣邊界層穩(wěn)定度

10.4.1大氣穩(wěn)定度特征

10.4.2垂直風(fēng)切變

第11章大氣環(huán)流及天氣系統(tǒng)

11.1基本大氣環(huán)流

11.1.1壓力梯度、力和風(fēng)

11.1.2地轉(zhuǎn)風(fēng)

11.1.3地球能量平衡

11.1.4三圈環(huán)流模型

11.1.5極鋒與斜壓不穩(wěn)定

11.2天氣尺度天氣系統(tǒng)

11.2.1氣旋與反氣旋

11.2.2天氣前鋒

11.2.3熱帶風(fēng)暴

11.3中尺度天氣系統(tǒng)

11.3.1中尺度定義

11.3.2地形影響

11.3.3對(duì)流和雷暴

11.3.4海陸風(fēng)

11.3.5坡風(fēng)和谷風(fēng)

11.3.6低空急流

11.3.7下坡風(fēng)暴

11.4數(shù)值模擬及天氣預(yù)報(bào)

11.4.1物理公式

11.4.2網(wǎng)格和邊界條件

11.4.3中尺度氣象模型的不確定性

11.4.4中尺度氣象模型的應(yīng)用

第12章風(fēng)電場(chǎng)的環(huán)境與健康影響

12.1生物影響

12.1.1鳥(niǎo)類和蝙蝠

12.1.2陸地生物

12.1.3植被

12.2視覺(jué)污染

12.2.1光影閃變現(xiàn)象

12.2.2光影閃變影響評(píng)估

12.2.3風(fēng)景美學(xué)

12.3噪聲污染

12.3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)的噪聲曲線

12.3.2聲壓級(jí)計(jì)算

12.3.3聲強(qiáng)級(jí)的合成

12.4其他環(huán)境與健康影響

12.4.1公共健康與安全

12.4.2無(wú)線通信

12.4.3固體及危險(xiǎn)廢棄物

12.4.4空氣質(zhì)量及氣候影響

第13章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率性能測(cè)試

13.1確定測(cè)試扇區(qū)

13.1.1測(cè)風(fēng)塔的位置

13.1.2測(cè)量的扇區(qū)

13.2風(fēng)電場(chǎng)校準(zhǔn)及其不確定性

13.2.1不需要校準(zhǔn)的簡(jiǎn)單地形

13.2.2用兩個(gè)測(cè)風(fēng)塔校準(zhǔn)風(fēng)電場(chǎng)

13.2.3用機(jī)艙風(fēng)速儀校準(zhǔn)風(fēng)電場(chǎng)

13.2.4風(fēng)電場(chǎng)校準(zhǔn)參數(shù)的驗(yàn)證

13.2.5風(fēng)電場(chǎng)校準(zhǔn)的不確定性

13.3測(cè)試數(shù)據(jù)的采集與處理

13.3.1數(shù)據(jù)采集

13.3.2數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

13.3.3測(cè)量功率曲線的確定

13.4使用機(jī)艙風(fēng)數(shù)據(jù)測(cè)試功率曲線

13.4.1機(jī)艙風(fēng)速與自由風(fēng)速的關(guān)系

13.4.2機(jī)艙風(fēng)速生成的功率曲線

13.5影響功率性能的其他因素

13.5.1湍流對(duì)功率性能的影響

13.5.2風(fēng)切變對(duì)功率性能的影響

13.5.3入流角對(duì)功率性能的影響

第14章風(fēng)力發(fā)電機(jī)的載荷

14.1載荷工況

14.1.1設(shè)計(jì)情形

14.1.2風(fēng)況條件

14.1.3設(shè)計(jì)載荷工況

14.2載荷類型

14.2.1慣性和重力載荷

14.2.2空氣動(dòng)力載荷

14.2.3功能性載荷

14.2.4其他風(fēng)源載荷

14.2.5非風(fēng)源載荷

14.3載荷計(jì)算

14.3.1氣動(dòng)力彈性載荷計(jì)算

14.3.2疲勞載荷與SN曲線

14.3.3應(yīng)力區(qū)間分布

14.3.4等效載荷

14.3.5載荷計(jì)算的不確定性

14.3.6極端載荷

14.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)載荷的術(shù)語(yǔ)定義

附錄

附錄AIEC對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的

分類標(biāo)準(zhǔn)

附錄B風(fēng)電場(chǎng)氣象及環(huán)境

參數(shù)表

附錄C常用公式表

參考文獻(xiàn)

《風(fēng)資源與微觀選址:理論基礎(chǔ)與工程應(yīng)用》涵蓋從風(fēng)資源工程學(xué)、風(fēng)數(shù)據(jù)分析到風(fēng)能氣象學(xué)等與風(fēng)資源技術(shù)相關(guān)的幾乎全部知識(shí)領(lǐng)域，并與國(guó)際前沿接軌。作者從事這方面技術(shù)工作多年，積累了豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)?！讹L(fēng)資源與微觀選址:理論基礎(chǔ)與工程應(yīng)用》所涉及的內(nèi)容都來(lái)源于作者的實(shí)際工作，以期具有較高的理論和實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值。