[科普中国]-风功率密度

简介

风功率密度是气流在单位时间内垂直通过单位截面积的风能。2

风能是一种清洁的可再生能源，因其安全、清洁、丰富的特性在全世界得到广泛应用和快速发展。中国风能储量大、分布广，近年来发展迅速，预计在2030年或2040年前后，中国的风力发电装机容量可望超过1亿kW，成为继火电和水电之后的第三大发电能源。随着中国风电产业的发展，气候变暖背景下风能资源的可持续利用问题倍受关注。2

研究方法风功率密度计算方法风功率密度是气流在单位时间内垂直通过单位截面积的风能。考虑到观测和模拟输出的风速值都是离散形式的，据参考文献近似地给出设定时段的平均风功率密度计算方法：2

式中， 表示平均风功率密度（ ），n表示在设定时段内的记录数； 表示第i记录的风速（m/s）值的立方；ρ表示空气密度（）。

空气密度的值取决于温度和海拔高度，即：

式中T为年平均空气开氏温标绝对温度（℃+273）；z为风场的海拔高度（m）。2

估算方法虑到各个模式的分辨率不同，为了便于比较，参照相关文献做法，分别将全球气候模式和区域气候模式输出结果插值为1°×1°和0.5°×0.5°。2

未来风功率密度预估方法主要采用每个模式预估结果与模拟20世纪结果进行对比，计算其平均值、差值等。用1月和4月平均风功率密度、7月和10月平均风功率密度分别表示冬半年和夏半年风功率密度状况。2

风功率密度等级和风能区划美国风能资源等级划分美 国《风能资源评估手册（Wind resourceAssessment Handbook）》中的等级划分包含了美国风能资源的分布，依据《手册》解释，4 级以上风区适合于大部分轮毂高度的风机3级适合于轮毂高度较高的风机；2级贫瘠；1级不适于开发。3

我国风能资源等级划分我国的标准《风电场风能资源评估方法》中的风功率密度等级的基本依据为美国《风能资源评估手册》，给出了 7 个级别，依此作为风能资源评估的参考判据。认为 4 级以上风区可以很好地应用于并网风力发电。3

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