风资源与微观选址

前言

第1章 绪论

1.1 风资源评估学科介绍

1.2 风气候

1.2.1 全球风气候

1.2.2 中尺度风气候

1.2.3 局地风气候

1.3 风资源的不确定性

第2章 风资源与微观选址工程（上）

2.1 地表粗糙度

2.1.1 粗糙度长度

2.1.2 粗糙度与风廓线

2.1.3 内部边界层

2.1.4 粗糙长度改变模型

2.1.5 置换高度

2.1.6 风切变

2.2 地形加速效应

2.2.1 水平风加速廓线

2.2.2 垂直风加速廓线

2.2.3 地形分类

2.2.4 崎岖指数

2.3 障碍物遮挡效应

2.3.1 风速降低效应

2.3.2 湍流增加效应

2.4 风力发电机组的尾流

2.4.1 尾流的基本结构特征

2.4.2 尾流中风速减低效应的计算模型

2.4.3 尾流中湍流强度增加的计算模型

2.4.4 大型风电场的尾流

2.4.5 复杂风电场的尾流

第3章 风资源与微观选址工程（下）

3.1 风图谱分析与应用程序

3.1.1 基本原理

3.1.2 风流模型

3.1.3 模型的适用性

3.1.4 复杂地形修正

3.2 计算流体力学模型简述

3.2.1 计算流体力学概述

3.2.2 流体与流动的基本特性

3.2.3 控制方程

3.2.4 边界条件与初始条件

3.2.5 网格化

3.2.6 解析离散方程

3.2.7 计算结果处理与显示

3.3 测风塔的代表性

3.3.1 风气候相似

3.3.2 地形地貌相似

3.3.3 障碍物遮挡效应相似

3.4 微观选址

3.4.1 排布效率

3.4.2 载荷风况

3.4.3 微观选址的流程

3.4.4 现场定点及微调

3.4.5 扇区管理

3.4.6 风资源评估与微观选址报告

第4章 风数据统计分析

4.1 风数据时间序列

4.1.1 随机现象

4.1.2 平均值与标准差

4.1.3 平均风速时间序列

4.1.4 湍流强度时间序列

4.1.5 风向时间序列

4.2 风速的概率密度分布

4.2.1 概率密度分布

4.2.2 平均风速的计算

4.2.3 威布尔概率密度分布

4.2.4 威布尔累计概率分布

4.2.5 威布尔分布的参数估计

4.2.6 威布尔分布的决定系数

4.2.7 瑞利分布

4.2.8 风玫瑰图

4.3 风功率密度与风能转化

4.3.1 风功率密度计算

4.3.2 贝兹极限

4.3.3 风功率转化系数

4.3.4 风力发电机组的功率曲线

第5章 风数据长期修正

5.1 风数据相关性分析

5.1.1 风数据相关性的影响因素

5.1.2 随机变量的相关性

5.1.3 平均时间周期影响

5.1.4 偏度与峰度

5.2 风数据回归分析及预测

5.2.1 回归分析方法

5.2.2 风数据有效性

5.2.3 简单线性模型

5.2.4 方差比例模型

5.2.5 二维线性回归模型

5.2.6 威布尔参数缩放模型

5.2.7 多项式模型

5.2.8 莫蒂默模型

5.2.9 人工神经网络模型

5.2.1 0WindPRO矩阵模型

5.3 预测的不确定性分析

5.3.1 同期风数据长度

5.3.2 残差与决定系数

5.3.3 预测值标准差的测量与估计

5.4 再分析数据的应用

5.4.1 气压高度与σ高度

5.4.2 再分析数据的一致性

5.4.3 再分析数据应用的不确定性

第6章 风资源评估的不确定性

6.1 统计不确定性

6.1.1 正态分布函数特性

6.1.2 不确定度计算

6.1.3 超越概率

6.1.4 平均风速敏感度分析

6.2 损耗折减及其不确定度

6.2.1 尾流折减

6.2.2 可利用率折减

6.2.3 功率曲线折减

6.2.4 电气损耗

6.2.5 环境损耗

6.2.6 缩减损耗

6.3 偏差修正及其不确定度

6.3.1 平均风速长期修正

6.3.2 复杂风场RIX修正

6.3.3 超大型风场的模型问题

6.3.4 功率曲线修正

6.4 风数据的不确定度

6.4.1 风数据质量

6.4.2 威布尔分布决定系数

6.4.3 风速年度波动

6.4.4 未来风气候趋势

6.5 风流模型的不确定度

6.5.1 垂直外推

6.5.2 水平外推

6.5.3 地表形态相似度

6.5.4 森林

6.5.5 风流模型不确定度小结

6.6 不确定度分析案例

第7章 极端风况

7.1 Gumbel极值分布

7.2 极大风速估计

7.2.1 独立大风事件

7.2.2 经典Gumbel极值分布法

7.2.3 柏拉图极值分布法

7.3 极端风况

7.3.1 极大阵风

7.3.2 极端风向变化

7.3.3 极端风切变

7.3.4 极端湍流

7.4 台风

第8章 风数据的测量

8.1 杯式风速仪

8.1.1 杯式风速仪的动力平衡

8.1.2 杯式风速仪的测量值

8.1.3 杯式风速仪的标定

8.1.4 杯式风速仪的动态特性

8.1.5 杯式风速仪的选择

8.2 测风塔的安装规范

8.2.1 实心圆柱形塔

8.2.2 空心三角架塔

8.2.3 支杆与附件

8.2.4 切变气流

8.2.5 风向仪的安装

8.2.6 测风塔安装推荐标准

8.2.7 测风塔安装的气候因素

8.2.8 风数据的不确定性评估

8.3 测风塔的管理与维护

8.3.1 测风塔安装报告

8.3.2 测风塔验收

8.3.3 测风塔监控与维护

8.4 其他种类测风仪器介绍

8.4.1 螺旋推进式测风仪

8.4.2 超声波测风仪

8.4.3 声雷达测风仪

8.4.4 激光雷达测风仪

第9章 大气概论与空气密度

9.1 干洁大气

9.1.1 干洁大气的成分

9.1.2 干洁大气状态方程

9.2 湿润大气

9.2.1 水汽压

9.2.2 相对湿度与绝对湿度

9.2.3 湿润空气的状态方程

9.3 大气压力

9.3.1 位势高度与几何高度

9.3.2 大气静力学平衡

9.3.3 温度随高度的变化

9.3.4 标准大气

9.3.5 气压随时间的变化

9.4 风场空气密度计算

9.4.1 干燥空气的密度

9.4.2 湿润空气的密度

9.4.3 空气密度随高度变化

9.4.4 空气密度随湿度和压力的变化

9.4.5 温度范围计算

第10章 边界层气象

10.1 大气热力结构分层

10.1.1 对流层

10.1.2 平流层

10.1.3 中间层

10.1.4 热层

10.2 大气边界层

10.2.1 边界层的基本特征

10.2.2 边界层内的风和气流

10.2.3 大气边界层的厚度和结构

10.2.4 变量的时间和空间尺度

10.2.5 风的平均值与湍流部分

10.3 大气湍流

10.3.1 湍流的基本特征

10.3.2 湍流的产生机制及物理过程

10.3.3 泰勒假设

10.3.4 湍流动能

10.3.5 湍流通量与雷诺平均

10.4 大气边界层稳定度

10.4.1 大气稳定度特征

10.4.2 垂直风切变

第11章 大气环流及天气系统

11.1 基本大气环流

11.1.1 压力梯度、力和风

11.1.2 地转风

11.1.3 地球能量平衡

11.1.4 三圈环流模型

11.1.5 极锋与斜压不稳定

11.2 天气尺度天气系统

11.2.1 气旋与反气旋

11.2.2 天气前锋

11.2.3 热带风暴

11.3 中尺度天气系统

11.3.1 中尺度定义

11.3.2 地形影响

11.3.3 对流和雷暴

11.3.4 海陆风

11.3.5 坡风和谷风

11.3.6 低空急流

11.3.7 下坡风暴

11.4 数值模拟及天气预报

11.4.1 物理公式

11.4.2 网格和边界条件

11.4.3 中尺度气象模型的不确定性

11.4.4 中尺度气象模型的应用

第12章 风电场的环境与健康影响

12.1 生物影响

12.1.1 鸟类和蝙蝠

12.1.2 陆地生物

12.1.3 植被

12.2 视觉污染

12.2.1 光影闪变现象

12.2.2 光影闪变影响评估

12.2.3 风景美学

12.3 噪声污染

12.3.1 风力发电机的噪声曲线

12.3.2 声压级计算

12.3.3 声强级的合成

12.4 其他环境与健康影响

12.4.1 公共健康与安全

12.4.2 无线通信

12.4.3 固体及危险废弃物

12.4.4 空气质量及气候影响

第13章 风力发电机组的功率性能测试

13.1 确定测试扇区

13.1.1 测风塔的位置

13.1.2 测量的扇区

13.2 风电场校准及其不确定性

13.2.1 不需要校准的简单地形

13.2.2 用两个测风塔校准风电场

13.2.3 用机舱风速仪校准风电场

13.2.4 风电场校准参数的验证

13.2.5 风电场校准的不确定性

13.3 测试数据的采集与处理

13.3.1 数据采集

13.3.2 数据标准化

13.3.3 测量功率曲线的确定

13.4 使用机舱风数据测试功率曲线

13.4.1 机舱风速与自由风速的关系

13.4.2 机舱风速生成的功率曲线

13.5 影响功率性能的其他因素

13.5.1 湍流对功率性能的影响

13.5.2 风切变对功率性能的影响

13.5.3 入流角对功率性能的影响

第14章 风力发电机的载荷

14.1 载荷工况

14.1.1 设计情形

14.1.2 风况条件

14.1.3 设计载荷工况

14.2 载荷类型

14.2.1 惯性和重力载荷

14.2.2 空气动力载荷

14.2.3 功能性载荷

14.2.4 其他风源载荷

14.2.5 非风源载荷

14.3 载荷计算

14.3.1 气动力弹性载荷计算

14.3.2 疲劳载荷与SN曲线

14.3.3 应力区间分布

14.3.4 等效载荷

14.3.5 载荷计算的不确定性

14.3.6 极端载荷

14.4 风力发电机载荷的术语定义

附录

附录A IEC对风力发电机组的分类标准

附录B 风电场气象及环境参数表

附录C 常用公式表

参考文献

《风资源与微观选址：理论基础与工程应用》涵盖从风资源工程学、风数据分析到风能气象学等与风资源技术相关的几乎全部知识领域，并与国际前沿接轨。作者从事这方面技术工作多年，积累了丰富的工程实践经验。《风资源与微观选址：理论基础与工程应用》所涉及的内容都来源于作者的实际工作，以期具有较高的理论和实践指导价值。
　　《风资源与微观选址：理论基础与工程应用》的宗旨是为读者搭建风资源与微观选址的知识体系，并建立科学的理念。读者可以根据本书指引，对感兴趣的话题深入研究，起到抛砖引玉的作用。但对于一般读者，本书应该足以应对风资源技术的日常工作。相比之下，本书可能更适合对理论感兴趣，并有一定数学基础，尤其是概率统计学基础的读者。