風電場風切變指數計算方法匯總

　　風電場開發建設和風力發電的前提是風能資源評估，對風能資源的正確評估是風電場取得良好經濟效益的關鍵。風能資源評估的主要目的是確定風電場的裝機容量、風力發電機組選型及布置等。而確定風電場合適風力發電機組選型及其安裝高度的一個重要依據就是風切變指數。本文匯總了風切變指數的5種不同的計算方法，供大家根據風電場的實際情況選擇合適的計算方法，減小風切變指數的計算誤差。
　　1.風切變指數定義
　　在近地層中，風速隨高度的變化顯著。造成風在近地層中垂直變化的原因有動力因素和熱力因素，前者主要來源于地面的摩擦效應，即地面的粗糙度，后者主要表現為與近地層大氣垂直穩定度的關系。當大氣層結為中性時，湍流將完全依靠動力原因來發展，這時風速隨高度變化服從普朗特經驗公式：　　式中：k為von Karman常數，k=0.4;u*為摩擦速度，u*=(τ/ρ)1/2，其中τ為表面剪切應力，ρ為空氣密度。
　　假設混合長度隨高度變化有簡單指數關系，由此推導的風切變指數律為：　　式中：un和ui分別為高度在zn和zi處的風速，α為風切變指數。
　　2.風切變指數的影響因素
　　風切變指數受大氣穩定性的影響嚴重，在中性(neutral)、穩定(stable)與不穩定(unstable)等不同大氣條件下，風廓線的變化很大。此時，需要考慮大氣穩定性的影響，式(1)表示的對數律公式需要進行大氣穩定性的修正，修正后的表達式為：
　　式中：φ為與大氣穩定性相關的函數，不穩定條件時φ為正值，穩定條件時φ為負值，中性條件時φ為零。
　　大氣穩定性可以采用Ridson數來描述，其表達式為：　　其中：g為重力加速度，一般取g=9.81m/s2;T為計算層的平均溫度，K;t為在高度z處的溫度;u為在高度z的風速。一般至少需要2個不同高度的溫度值和風速來計算溫差和風速差。大氣穩定性一般可以按Ridson數分為非常穩定、穩定、中性穩定、不穩定、非常不穩定等5類。
　　風切變指數受地面粗糙度的影響，不同地區的風切變指數是不同的，受大氣穩定性的影響，即使同一地區在不同時間段內的風切變指數也是不同的。