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其中:g为重力加速度,一般取g=9.81m/s2;T为计算层的平均温度,K;t为在高度z处的温度;u为在高度z的风速。一般至少需要2个不同高度的温度值和风速来计算温差和风速差。大气稳定性一般可以按Ridson数分为非常稳定、稳定、中性稳定、不稳定、非常不稳定等5类。
风切变指数受地面粗糙度的影响,不同地区的风切变指数是不同的,受大气稳定性的影响,即使同一地区在不同时间段内的风切变指数也是不同的。
3.风切变指数计算方法
(1)利用全部数据计算风切变指数
如果测风塔数据完整率高,没有数据缺测现象,可采用全部数据计算风切变。具体方法是:对实测数据中每一组数据都利用指数公式计算其风切变指数,再取所有计算结果的平均值作为总风切变指数。
(2)去除小风速后计算风切变指数
风机的切入风速一般为3~4m/s,故3 m/s以下风速对风机功率没有贡献,且在小风速下,数据误差大,可以去除以后再计算。具体方法是:去除各个高度3m/s以下的风速数据,对剩余的每一组数据都利用指数公式计算其风切变指数,再取所有计算结果的平均值作为总风切变指数。
(3)利用年平均风速计算风切变指数
根据各高度年平均风速数据利用指数公式计算出风切变指数。
(4)利用典型速度段风速计算风切变指数。
湍流强度I15是10min平均15m/s风速下的湍流强度值,是环境湍流强度的特征值,进行湍流强度分析时一定要计算的重要指标。选取距离轮毂高度最近的测风高度(70m)处(15±0.5m/s)的数据,将同组的各高度风速数据利用指数公式计算风切变指数,再取所有计算结果的平均值作为总风切变指数。
(5)利用风廓线拟合,得到拟合的幂律曲线,从而得到整个测风高度的风切变指数。
将各个高度的平均风速绘制散点图,然后根据指数关系进行曲线拟合,得到风切变指数拟合曲线,从而得到风切变指数。
在计算风切变指数时,选用几种不同的计算方法,然后根据计算得出的风切变指数与幂律公式推算已知高度的风速,再利用各自推算出的风速与实测风速进行对比分析,根据其误差的大小反过来进行判断各方法计算风切变指数的准确度。
4.建议
(1)从风切变角度分析风速随高度的变化具有一定的参考价值,但在利用风切变指数值推算风电场某一高度的风速时,应结合风电场的实际情况进行多方法比较,选择适合本风电场的风切变指数计算方法,进行各高度风速的推算及风资源的评估论证。
(2)由于塔筒价格的变化对不同轮毂高度的动态收益会有显著的变化,建议在确定风电机组轮毂高度时,除参考风切变对各高度风资源的影响外,还可以通过详细的技术经济比选确定合适的高度。
(3)在推算风速时,可以采用两种方法,一是根据风切变指数与年平均风速来推算已知高度的年平均风速,二是根据风切变指数与月平均风速来推算已知高度的月平均风速。
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