风能资源评估和机组选型在风电场选址中的应用

论文摘要

随着社会和工业的发展，对能源的需求与日俱增。传统的化石能源如煤炭、石油等越来越少。水资源的分布有地域性的不均匀，同时传统发电方式对环境也会造成一定压力，寻找新型能源成为迫切的需求。风力发电作为一种环保的可再生能源已经越来越受到世界各国的重视，逐渐得到了较为广泛的开发和利用。风能资源虽然储量大，分布广泛，但是风能也具有随机性和功率密度较低的问题。如何对风能资源状况进行评估，如何在设计风电场时获得较好的风能利用率和较低的风电成本是一个值得研究的问题。本文根据风能观测点的测量数据进行风能资源状况评估，通过计算平均风功率密度、有效风功率密度、年可利用小时数三个参数来评估观测点的风能资源状况。论文分析研究了有关风能的基本理论、风力机的风速-功率特性和描述风速分布的威布尔分布函数。本文从风力发电的风能利用和风电成本两个方面进行论述，推导出风电场选址和风力机组选型的目标函数，研究了基于特定风能资源和风力机参数的容量系数作为判断依据，选择和风电场风能资源最优匹配的风力机型的方法。本文在算例中选择10个实际风能观测点，从风能观测点的年平均风速、年最大风速和空气密度出发，计算出每个风能观测点的风能资源评估参数，进行综合比较。鉴于不同参数的风力机型对容量系数产生的影响较大，文章选择具有代表性的不同风力机型，对于每一个风能观测点计算不同风力机型的容量系数，以此进行特定风能资源情况下的风力组选型。经过实际计算分析，基于风能资源特征和风力机参数的容量系数法能有效的反映出不同机型和不同风能资源状况下的风力发电经济性，为风电场选址和风力机选型提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源与选题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 风能资源评估研究
• 1.4 风力机组优化选型研究
• 1.5 本文研究的主要内容以及方法
• 第2章 风能基本理论和风力机原理
• 2.1 风能原理和基本理论
• 2.2 风功率密度
• 2.2.1 平均风功率密度
• 2.2.2 有效风功率密度
• 2.3 风能可利用时间
• 2.4 风力机的种类
• 2.4.1 水平轴风力机
• 2.4.2 垂直轴风力机
• 2.5 风力机的气动原理
• 2.6 风速随高度的变化
• 2.7 本章小结
• 第3章 风能资源评估
• 3.1 风能资源测量和数据处理
• 3.2 风能资源原始数据的判定
• 3.3 风功率密度和风区等级的划分
• 3.3.1 风功率密度等级的划分
• 3.3.2 风能分区
• 3.4 风速统计的特性
• 3.5 威布尔分布参数估计
• 3.5.1 最小二乘法估计威布尔分布参数
• 3.5.2 根据平均风速和标准差估计威布尔分布参数
• 3.5.3 根据平均风速和最大风速估计威布尔分布参数
• 3.6 风能资源评估
• 3.6.1 气象数据的整理分析以及初步的风能资源判定
• 3.6.2 风电场宏观选址
• 3.7 风能资源评估所需参数
• 3.8 本章小结
• 第4章 基于容量系数的风力机组选型
• 4.1 风力发电机相关参数
• 4.1.1 叶尖速比
• 4.1.2 风能利用系数
• 4.2 典型风力机功率输出特性
• 4.3 风力发电的经济性研究
• 4.3.1 风能利用率
• 4.3.2 风电成本
• 4.4 容量系数法
• 4.5 本章小结
• 第5章 算例和分析
• 5.1 特定风电场的风能资源评估
• 5.2 特定风电场的风力机组选型
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢