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第1章 绪论1

1.1风资源评估学科介绍1

1.2风气候2

1.2.1全球风气候2

1.2.2中尺度风气候3

1.2.3局地风气候3

1.3风资源的不确定性4

第2章 风资源与微观选址工程（上）6

2.1地表粗糙度6

2.1.1粗糙度长度6

2.1.2粗糙度与风廓线9

2.1.3内部边界层9

2.1.4粗糙长度改变模型10

2.1.5置换高度11

2.1.6风切变12

2.2地形加速效应13

2.2.1水平风加速廓线13

2.2.2垂直风加速廓线14

2.2.3地形分类16

2.2.4崎岖指数18

2.3障碍物遮挡效应19

2.3.1风速降低效应19

2.3.2湍流增加效应21

2.4风力发电机组的尾流22

2.4.1尾流的基本结构特征23

2.4.2尾流中风速减低效应的计算模型24

2.4.3尾流中湍流强度增加的计算模型25

2.4.4大型风电场的尾流26

2.4.5复杂风电场的尾流28

第3章 风资源与微观选址工程（下）29

3.1风图谱分析与应用程序29

3.1.1基本原理29

3.1.2风流模型30

3.1.3模型的适用性31

3.1.4复杂地形修正33

3.2计算流体力学模型简述34

3.2.1计算流体力学概述34

3.2.2流体与流动的基本特性35

3.2.3控制方程37

3.2.4边界条件与初始条件37

3.2.5网格化38

3.2.6解析离散方程39

3.2.7计算结果处理与显示40

3.3测风塔的代表性41

3.3.1风气候相似42

3.3.2地形地貌相似43

3.3.3障碍物遮挡效应相似43

3.4微观选址44

3.4.1排布效率44

3.4.2载荷风况45

3.4.3微观选址的流程46

3.4.4现场定点及微调46

3.4.5扇区管理48

3.4.6风资源评估与微观选址报告49

第4章 风数据统计分析51

4.1风数据时间序列51

4.1.1随机现象51

4.1.2平均值与标准差51

4.1.3平均风速时间序列51

4.1.4湍流强度时间序列52

4.1.5风向时间序列54

4.2风速的概率密度分布56

4.2.1概率密度分布56

4.2.2平均风速的计算56

4.2.3威布尔概率密度分布57

4.2.4威布尔累计概率分布59

4.2.5威布尔分布的参数估计60

4.2.6威布尔分布的决定系数62

4.2.7瑞利分布64

4.2.8风玫瑰图64

4.3风功率密度与风能转化65

4.3.1风功率密度计算65

4.3.2贝兹极限66

4.3.3风功率转化系数68

4.3.4风力发电机组的功率曲线69

第5章 风数据长期修正71

5.1风数据相关性分析71

5.1.1风数据相关性的影响因素71

5.1.2随机变量的相关性72

5.1.3平均时间周期影响73

5.1.4偏度与峰度75

5.2风数据回归分析及预测75

5.2.1回归分析方法76

5.2.2风数据有效性76

5.2.3简单线性模型77

5.2.4方差比例模型79

5.2.5二维线性回归模型79

5.2.6威布尔参数缩放模型80

5.2.7多项式模型80

5.2.8莫蒂默模型81

5.2.9人工神经网络模型81

5.2.10 WindPRO矩阵模型82

5.3预测的不确定性分析85

5.3.1同期风数据长度85

5.3.2残差与决定系数86

5.3.3预测值标准差的测量与估计87

5.4再分析数据的应用88

5.4.1气压高度与σ高度88

5.4.2再分析数据的一致性89

5.4.3再分析数据应用的不确定性90

第6章 风资源评估的不确定性91

6.1统计不确定性91

6.1.1正态分布函数特性91

6.1.2不确定度计算92

6.1.3超越概率93

6.1.4平均风速敏感度分析95

6.2损耗折减及其不确定度96

6.2.1尾流折减96

6.2.2可利用率折减97

6.2.3功率曲线折减98

6.2.4电气损耗98

6.2.5环境损耗99

6.2.6缩减损耗99

6.3偏差修正及其不确定度99

6.3.1平均风速长期修正99

6.3.2复杂风场RIX修正100

6.3.3超大型风场的模型问题100

6.3.4功率曲线修正101

6.4风数据的不确定度102

6.4.1风数据质量102

6.4.2威布尔分布决定系数102

6.4.3风速年度波动102

6.4.4未来风气候趋势103

6.5风流模型的不确定度103

6.5.1垂直外推103

6.5.2水平外推104

6.5.3地表形态相似度104

6.5.4森林105

6.5.5风流模型不确定度小结105

6.6不确定度分析案例106

第7章 极端风况107

7.1 Gumbel极值分布107

7.2极大风速估计108

7.2.1独立大风事件108

7.2.2经典Gumbel极值分布法110

7.2.3柏拉图极值分布法112

7.3极端风况113

7.3.1极大阵风113

7.3.2极端风向变化114

7.3.3极端风切变114

7.3.4极端湍流116

7.4台风118

第8章 风数据的测量120

8.1杯式风速仪120

8.1.1杯式风速仪的动力平衡120

8.1.2杯式风速仪的测量值121

8.1.3杯式风速仪的标定122

8.1.4杯式风速仪的动态特性122

8.1.5杯式风速仪的选择125

8.2测风塔的安装规范127

8.2.1实心圆柱形塔128

8.2.2空心三角架塔128

8.2.3支杆与附件129

8.2.4切变气流130

8.2.5风向仪的安装130

8.2.6测风塔安装推荐标准131

8.2.7测风塔安装的气候因素131

8.2.8风数据的不确定性评估132

8.3测风塔的管理与维护132

8.3.1测风塔安装报告133

8.3.2测风塔验收135

8.3.3测风塔监控与维护136

8.4其他种类测风仪器介绍137

8.4.1螺旋推进式测风仪137

8.4.2超声波测风仪138

8.4.3声雷达测风仪139

8.4.4激光雷达测风仪140

第9章 大气概论与空气密度142

9.1干洁大气142

9.1.1干洁大气的成分142

9.1.2干洁大气状态方程143

9.2湿润大气143

9.2.1水汽压144

9.2.2相对湿度与绝对湿度145

9.2.3湿润空气的状态方程145

9.3大气压力145

9.3.1位势高度与几何高度146

9.3.2大气静力学平衡147

9.3.3温度随高度的变化147

9.3.4标准大气148

9.3.5气压随时间的变化149

9.4风场空气密度计算150

9.4.1干燥空气的密度150

9.4.2湿润空气的密度150

9.4.3空气密度随高度变化151

9.4.4空气密度随湿度和压力的变化152

9.4.5温度范围计算152

第10章 边界层气象154

10.1大气热力结构分层154

10.1.1对流层154

10.1.2平流层155

10.1.3中间层156

10.1.4热层156

10.2大气边界层157

10.2.1边界层的基本特征157

10.2.2边界层内的风和气流158

10.2.3大气边界层的厚度和结构159

10.2.4变量的时间和空间尺度160

10.2.5风的平均值与湍流部分161

10.3大气湍流162

10.3.1湍流的基本特征162

10.3.2湍流的产生机制及物理过程163

10.3.3泰勒假设164

10.3.4湍流动能165

10.3.5湍流通量与雷诺平均166

10.4大气边界层稳定度167

10.4.1大气稳定度特征167

10.4.2垂直风切变169

第11章 大气环流及天气系统172

11.1基本大气环流172

11.1.1压力梯度、力和风172

11.1.2地转风174

11.1.3地球能量平衡175

11.1.4三圈环流模型176

11.1.5极锋与斜压不稳定177

11.2天气尺度天气系统178

11.2.1气旋与反气旋179

11.2.2天气前锋180

11.2.3热带风暴180

11.3中尺度天气系统181

11.3.1中尺度定义181

11.3.2地形影响182

11.3.3对流和雷暴186

11.3.4海陆风187

11.3.5坡风和谷风189

11.3.6低空急流190

11.3.7下坡风暴192

11.4数值模拟及天气预报192

11.4.1物理公式193

11.4.2网格和边界条件194

11.4.3中尺度气象模型的不确定性196

11.4.4中尺度气象模型的应用199

第12章 风电场的环境与健康影响200

12.1生物影响200

12.1.1鸟类和蝙蝠200

12.1.2陆地生物202

12.1.3植被202

12.2视觉污染202

12.2.1光影闪变现象202

12.2.2光影闪变影响评估203

12.2.3风景美学203

12.3噪声污染204

12.3.1风力发电机的噪声曲线204

12.3.2声压级计算205

12.3.3声强级的合成207

12.4其他环境与健康影响208

12.4.1公共健康与安全208

12.4.2无线通信209

12.4.3固体及危险废弃物209

12.4.4空气质量及气候影响209

第13章 风力发电机组的功率性能测试211

13.1确定测试扇区211

13.1.1测风塔的位置211

13.1.2测量的扇区212

13.2风电场校准及其不确定性214

13.2.1不需要校准的简单地形214

13.2.2用两个测风塔校准风电场215

13.2.3用机舱风速仪校准风电场216

13.2.4风电场校准参数的验证217

13.2.5风电场校准的不确定性218

13.3测试数据的采集与处理219

13.3.1数据采集219

13.3.2数据标准化220

13.3.3测量功率曲线的确定220

13.4使用机舱风数据测试功率曲线221

13.4.1机舱风速与自由风速的关系221

13.4.2机舱风速生成的功率曲线222

13.5影响功率性能的其他因素223

13.5.1湍流对功率性能的影响223

13.5.2风切变对功率性能的影响223

13.5.3入流角对功率性能的影响224

第14章 风力发电机的载荷225

14.1载荷工况225

14.1.1设计情形225

14.1.2风况条件225

14.1.3设计载荷工况226

14.2载荷类型227

14.2.1惯性和重力载荷227

14.2.2空气动力载荷228

14.2.3功能性载荷229

14.2.4其他风源载荷229

14.2.5非风源载荷229

14.3载荷计算230

14.3.1气动力弹性载荷计算230

14.3.2疲劳载荷与S-N曲线230

14.3.3应力区间分布231

14.3.4等效载荷232

14.3.5载荷计算的不确定性232

14.3.6极端载荷233

14.4风力发电机载荷的术语定义234

附录236

附录A IEC对风力发电机组的分类标准236

附录B 风电场气象及环境参数表237

附录C 常用公式表238

参考文献239