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术语表 · 风电

Weibull 分布

描述某场址各风速出现频率的双参数概率分布,由尺度参数 c 和形状参数 k 确定。

一个场址的风速大多集中在中等水平,强风则拖着一条长尾。Weibull 概率密度函数用两个参数刻画这种分布:

f(v) = (k / c) (v / c)k−1 exp[−(v / c)k]

尺度参数 c(m/s)接近平均风速(平均值 = c × Γ(1 + 1/k),k = 2 时约为 0.89c)。形状参数 k 描述离散程度:风况多变的大陆和内陆场址约 1.5–2,许多温带场址约为 2,稳定的信风区和部分海上风况为 2.5–4。k = 2 时就是瑞利分布这一特例,只知道平均风速时常默认采用。

风机功率取决于风速的三次方,所以要看风速三次方的平均值,而不是平均风速的三次方。瑞利分布的能量模式因子约为 1.91:真实的平均风功率密度接近只按平均风速估算值的两倍。两个平均风速同为 7 m/s、k 值不同的场址,年发电量可能相差 10% 甚至更多。

把 Weibull 曲线和风机的功率曲线结合,就得到毛年发电量。Global Wind Atlas(DTU/世界银行)等数据集以 250 m 网格发布多个高度的 c 和 k;由于风切变,这些参数随轮毂高度变化。

相关术语

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  • 功率曲线

    轮毂高度风速与风机电功率之间的关系,结合风速分布可估算年发电量。

  • 风功率密度

    与气流垂直的每平方米面积上风的平均可用功率,单位 W/m²,是衡量风资源质量的标准指标。

  • 风切变

    风速(有时还有风向)随离地高度的变化,由地表粗糙度和大气稳定度决定。

  • 轮毂高度

    风机风轮中心距地面或海面的高度;轮毂越高,风越强、越稳,是容量系数不断提高的主要原因。

  • 容量系数

    电厂在一段时间内的实际发电量,与按额定容量满发同样时间的发电量之比。