風資源與微觀選址：理論基礎與工程應用

前言
第1章 緒論
1.1 風資源評估學科介紹
1.2 風氣候
1.2.1 全球風氣候
1.2.2 中尺度風氣候
1.2.3 局地風氣候
1.3 風資源的不確定性
第2章 風資源與微觀選址工程（上）
2.1 地表粗糙度
2.1.1 粗糙度長度
2.1.2 粗糙度與風廓線
2.1.3 內(nèi)部邊界層
2.1.4 粗糙長度改變模型
2.1.5 置換高度
2.1.6 風切變
2.2 地形加速效應
2.2.1 水平風加速廓線
2.2.2 垂直風加速廓線
2.2.3 地形分類
2.2.4 崎嶇指數(shù)
2.3 障礙物遮擋效應
2.3.1 風速降低效應
2.3.2 湍流增加效應
2.4 風力發(fā)電機組的尾流
2.4.1 尾流的基本結構特征
2.4.2 尾流中風速減低效應的計算模型
2.4.3 尾流中湍流強度增加的計算模型
2.4.4 大型風電場的尾流
2.4.5 復雜風電場的尾流
第3章 風資源與微觀選址工程（下）
3.1 風圖譜分析與應用程序
3.1.1 基本原理
3.1.2 風流模型
3.1.3 模型的適用性
3.1.4 復雜地形修正
3.2 計算流體力學模型簡述
3.2.1 計算流體力學概述
3.2.2 流體與流動的基本特性
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 計算結果處理與顯示
3.3 測風塔的代表性
3.3.1 風氣候相似
3.3.2 地形地貌相似
3.3.3 障礙物遮擋效應相似
3.4 微觀選址
3.4.1 排布效率
3.4.2 載荷風況
3.4.3 微觀選址的流程
3.4.4 現(xiàn)場定點及微調(diào)
3.4.5 扇區(qū)管理
3.4.6 風資源評估與微觀選址報告
第4章 風數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
4.1 風數(shù)據(jù)時間序列
4.1.1 隨機現(xiàn)象
4.1.2 平均值與標準差
4.1.3 平均風速時間序列
4.1.4 湍流強度時間序列
4.1.5 風向時間序列
4.2 風速的概率密度分布
4.2.1 概率密度分布
4.2.2 平均風速的計算
4.2.3 威布爾概率密度分布
4.2.4 威布爾累計概率分布
4.2.5 威布爾分布的參數(shù)估計
4.2.6 威布爾分布的決定系數(shù)
4.2.7 瑞利分布
4.2.8 風玫瑰圖
4.3 風功率密度與風能轉化
4.3.1 風功率密度計算
4.3.2 貝茲極限
4.3.3 風功率轉化系數(shù)
4.3.4 風力發(fā)電機組的功率曲線
第5章 風數(shù)據(jù)長期修正
5.1 風數(shù)據(jù)相關性分析
5.1.1 風數(shù)據(jù)相關性的影響因素
5.1.2 隨機變量的相關性
5.1.3 平均時間周期影響
5.1.4 偏度與峰度
5.2 風數(shù)據(jù)回歸分析及預測
5.2.1 回歸分析方法
5.2.2 風數(shù)據(jù)有效性
5.2.3 簡單線性模型
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 多項式模型
5.2.8 莫蒂默模型
5.2.9 人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型
5.2.1 0WindPRO矩陣模型
5.3 預測的不確定性分析
5.3.1 同期風數(shù)據(jù)長度
5.3.2 殘差與決定系數(shù)
5.3.3 預測值標準差的測量與估計
5.4 再分析數(shù)據(jù)的應用
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)應用的不確定性
第6章 風資源評估的不確定性
6.1 統(tǒng)計不確定性
6.1.1 正態(tài)分布函數(shù)特性
6.1.2 不確定度計算
6.1.3 超越概率
6.1.4 平均風速敏感度分析
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 平均風速長期修正
6.3.2 復雜風場RIX修正
6.3.3 超大型風場的模型問題
6.3.4 功率曲線修正
6.4 風數(shù)據(jù)的不確定度
6.4.1 風數(shù)據(jù)質(zhì)量
6.4.2 威布爾分布決定系數(shù)
6.4.3 風速年度波動
6.4.4 未來風氣候趨勢
6.5 風流模型的不確定度
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 風流模型不確定度小結
6.6 不確定度分析案例
第7章 極端風況
7.1 Gumbel極值分布
7.2 極大風速估計
7.2.1 獨立大風事件
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 極端風況
7.3.1 極大陣風
7.3.2 極端風向變化
7.3.3 極端風切變
7.3.4 極端湍流
7.4 臺風
第8章 風數(shù)據(jù)的測量
8.1 杯式風速儀
8.1.1 杯式風速儀的動力平衡
8.1.2 杯式風速儀的測量值
8.1.3 杯式風速儀的標定
8.1.4 杯式風速儀的動態(tài)特性
8.1.5 杯式風速儀的選擇
8.2 測風塔的安裝規(guī)范
8.2.1 實心圓柱形塔
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 風向儀的安裝
8.2.6 測風塔安裝推薦標準
8.2.7 測風塔安裝的氣候因素
8.2.8 風數(shù)據(jù)的不確定性評估
8.3 測風塔的管理與維護
8.3.1 測風塔安裝報告
8.3.2 測風塔驗收
8.3.3 測風塔監(jiān)控與維護
8.4 其他種類測風儀器介紹
8.4.1 螺旋推進式測風儀
8.4.2 超聲波測風儀
8.4.3 聲雷達測風儀
8.4.4 激光雷達測風儀
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 濕潤大氣
9.2.1 水汽壓
9.2.2 相對濕度與絕對濕度
9.2.3 濕潤空氣的狀態(tài)方程
9.3 大氣壓力
9.3.1 位勢高度與幾何高度
9.3.2 大氣靜力學平衡
9.3.3 溫度隨高度的變化
9.3.4 標準大氣
9.3.5 氣壓隨時間的變化
9.4 風場空氣密度計算
9.4.1 干燥空氣的密度
9.4.2 濕潤空氣的密度
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 溫度范圍計算
第10章 邊界層氣象
10.1 大氣熱力結構分層
10.1.1 對流層
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)的風和氣流
10.2.3 大氣邊界層的厚度和結構
10.2.4 變量的時間和空間尺度
10.2.5 風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)生機制及物理過程
10.3.3 泰勒假設
10.3.4 湍流動能
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
11.1.2 地轉風
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 對流和雷暴
11.3.4 海陸風
11.3.5 坡風和谷風
11.3.6 低空急流
11.3.7 下坡風暴
11.4 數(shù)值模擬及天氣預報
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用
第12章 風電場的環(huán)境與健康影響
12.1 生物影響
12.1.1 鳥類和蝙蝠
12.1.2 陸地生物
12.1.3 植被
12.2 視覺污染
12.2.1 光影閃變現(xiàn)象
12.2.2 光影閃變影響評估
12.2.3 風景美學
12.3 噪聲污染
12.3.1 風力發(fā)電機的噪聲曲線
12.3.2 聲壓級計算
12.3.3 聲強級的合成
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 無線通信
12.4.3 固體及危險廢棄物
12.4.4 空氣質(zhì)量及氣候影響
第13章 風力發(fā)電機組的功率性能測試
13.1 確定測試扇區(qū)
13.1.1 測風塔的位置
13.1.2 測量的扇區(qū)
13.2 風電場校準及其不確定性
13.2.1 不需要校準的簡單地形
13.2.2 用兩個測風塔校準風電場
13.2.3 用機艙風速儀校準風電場
13.2.4 風電場校準參數(shù)的驗證
13.2.5 風電場校準的不確定性
13.3 測試數(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)標準化
13.3.3 測量功率曲線的確定
13.4 使用機艙風數(shù)據(jù)測試功率曲線
13.4.1 機艙風速與自由風速的關系
13.4.2 機艙風速生成的功率曲線
13.5 影響功率性能的其他因素
13.5.1 湍流對功率性能的影響
13.5.2 風切變對功率性能的影響
13.5.3 入流角對功率性能的影響
第14章 風力發(fā)電機的載荷
14.1 載荷工況
14.1.1 設計情形
14.1.2 風況條件
14.1.3 設計載荷工況
14.2 載荷類型
14.2.1 慣性和重力載荷
14.2.2 空氣動力載荷
14.2.3 功能性載荷
14.2.4 其他風源載荷
14.2.5 非風源載荷
14.3 載荷計算
14.3.1 氣動力彈性載荷計算
14.3.2 疲勞載荷與S?N曲線
14.3.3 應力區(qū)間分布
14.3.4 等效載荷
14.3.5 載荷計算的不確定性
14.3.6 極端載荷
14.4 風力發(fā)電機載荷的術語定義
附錄
附錄A IEC對風力發(fā)電機組的分類標準
附錄B 風電場氣象及環(huán)境參數(shù)表
附錄C 常用公式表
參考文獻