1、风力发电技术 1风的形成风的形成3风资源测量与评估风资源测量与评估2风的特征及测量风的特征及测量主要内容主要内容新能源介绍1风的特点2风的形成3指技术成熟且已被大规模利用的能源，如指技术成熟且已被大规模利用的能源，如煤炭、石油、天然气煤炭、石油、天然气以以及及大中型水电大中型水电 都被看作常规能源。都被看作常规能源。常规能源常规能源指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。相对于传统能源，新能源具有污染少、储量大，前景广阔的特点。相对于传统能源，新能源具有污染少、储量大，前景广阔的特点。新新 能能 源源核能生物质能地热能海洋能氢能新能源风能利用二、风的
2、特点风的特点1 1、风的变化性和不稳定性。、风的变化性和不稳定性。由于气候、时间及地理环境的影响，风的大小及方向都在瞬时变化着。由于气候、时间及地理环境的影响，风的大小及方向都在瞬时变化着。风的不稳定性，使我们对风能利用是将会有很多问题需要解决。风的不稳定性，使我们对风能利用是将会有很多问题需要解决。2 2、风力大小随海拔的升高而增大。、风力大小随海拔的升高而增大。其根本原因是，随着海拔的升高地球表面与空气摩擦阻力的影响越来其根本原因是，随着海拔的升高地球表面与空气摩擦阻力的影响越来越小。越小。3 3、空气的密度随海拔的升高而减小。、空气的密度随海拔的升高而减小。虽然海拔高出风比较大，但是由于
3、空气密度小，风能量并不大。虽然海拔高出风比较大，但是由于空气密度小，风能量并不大。二、风的特点二、风的特点2）平流层）平流层 从对流层顶到约从对流层顶到约50km50km的大气层为平的大气层为平流层。在平流层下层，即流层。在平流层下层，即3035knl3035knl以下，以下，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，所以又称同温层。在所以又称同温层。在3035km3035km以上，温以上，温度随高度升高而升高。度随高度升高而升高。特点：一是空气没有对流运动；二特点：一是空气没有对流运动；二是空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含是空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的
4、含量甚微，很少出现天气现象；三是在高约量甚微，很少出现天气现象；三是在高约1535km1535km范围内，有厚约范围内，有厚约20km20km的的层臭层臭氧层，因臭氧具有吸收太阳光短波紫外线氧层，因臭氧具有吸收太阳光短波紫外线的能力，故使平流层的温度升高。的能力，故使平流层的温度升高。二、风的特点3）中间层）中间层 从平流层顶到从平流层顶到80km80km高度称为中间层。高度称为中间层。这一层空气更为稀薄，温度随高度增加这一层空气更为稀薄，温度随高度增加而降低。而降低。4）热层）热层 从从80km80km到约到约500km500km称为热层。这一称为热层。这一层温度随高度增加而迅速增加，层内温
5、层温度随高度增加而迅速增加，层内温度很高，昼夜变化很大，热层下部尚有度很高，昼夜变化很大，热层下部尚有少量的水分存在，因此偶尔会出现银白少量的水分存在，因此偶尔会出现银白并微带青色的夜光云。并微带青色的夜光云。二、风的特点5）逃逸层）逃逸层 热层以上的大气层称为逃逸层。热层以上的大气层称为逃逸层。逃逸层空气极为稀薄，其密度几乎与逃逸层空气极为稀薄，其密度几乎与太空密度相同，故又常称为外大气层。太空密度相同，故又常称为外大气层。由于空气受地心引力极小，气体及微由于空气受地心引力极小，气体及微粒可以从这层飞出地球致力场进入太粒可以从这层飞出地球致力场进入太空。逃逸层是地球大气的最外层。逃空。逃逸层
6、是地球大气的最外层。逃逸层的温度随高度增加而略有增加。逸层的温度随高度增加而略有增加。三、风的形成风的形成 大气的流动像水流一样，从大气的流动像水流一样，从压力高处向压力低处流动，气压压力高处向压力低处流动，气压差越大，风也就越大。差越大，风也就越大。太阳能正太阳能正是形成大气压差的原因。是形成大气压差的原因。由于地由于地球自转轴与太阳的共转轴存在球自转轴与太阳的共转轴存在66.566.5的夹角，因此对地球上的不的夹角，因此对地球上的不同地点，太阳照射的角度是不同同地点，太阳照射的角度是不同的，而且对同一地点的，而且对同一地点1 1年中这个角年中这个角度也是变化的。度也是变化的。地球上某处所接
7、地球上某处所接受的太阳辐射能与该地点太阳照受的太阳辐射能与该地点太阳照射角的正弦成正比射角的正弦成正比。三、风的形成三、风的形成1 1、气压梯度力、气压梯度力 由于高低纬度之间的温度差异，造成了南北向之间的气压梯度，由于由于高低纬度之间的温度差异，造成了南北向之间的气压梯度，由于气压梯度引起的力就叫气压梯度力。在气压梯度力的作用下，使空气气压梯度引起的力就叫气压梯度力。在气压梯度力的作用下，使空气做水平运动，并沿垂直于等压线的方向由高压向低压吹。做水平运动，并沿垂直于等压线的方向由高压向低压吹。n 在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度大，在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，
8、日照时间长，太阳辐射强度大，地面和大气接受热量多，温度较高；地面和大气接受热量多，温度较高；n 高纬度地区，太阳高度角小，日照时间短，太阳辐射强度小，地面和高纬度地区，太阳高度角小，日照时间短，太阳辐射强度小，地面和大气接受热量少，温度低。大气接受热量少，温度低。三、风的形成2 2、地转偏向力、地转偏向力 地球自转使空气运动发生偏向地球自转使空气运动发生偏向力，这种力称为力，这种力称为“地转偏向力地转偏向力”。在赤道附近，地转偏向力为零，随在赤道附近，地转偏向力为零，随着纬度的增加而增大，在极地达到着纬度的增加而增大，在极地达到最大。最大。在这种力的作用下，在这种力的作用下，北半球气流向右偏转
9、北半球气流向右偏转，南半球气流向左偏转。南半球气流向左偏转。三、风的形成3 3、大气环流、大气环流 在地球上由于地球表面受热不均，引起大气层中空气压力不均衡，在地球上由于地球表面受热不均，引起大气层中空气压力不均衡，因此形成地面与高空的大气环流。这种环流在地球自转偏向力的作用下，因此形成地面与高空的大气环流。这种环流在地球自转偏向力的作用下，形成了赤道到纬度形成了赤道到纬度3030N N环流圈（哈德来环流）、纬度环流圈（哈德来环流）、纬度30306060N N环流圈环流圈和纬度和纬度60609090N N环流圈，这便是著名的环流圈，这便是著名的“三圈环流三圈环流”。三、风的形成1 1）纬度）纬
10、度3030N N环流圈环流圈 在赤道附近，空气受热膨胀上升，造成赤道上空气压升高，空气向极在赤道附近，空气受热膨胀上升，造成赤道上空气压升高，空气向极地方向流动。地方向流动。以北半球为例，由于赤道附近地转偏向力很小，空气基本受气压梯度以北半球为例，由于赤道附近地转偏向力很小，空气基本受气压梯度力影响，因此赤道上空的空气由南向北流动。随着纬度的增加，地转偏向力影响，因此赤道上空的空气由南向北流动。随着纬度的增加，地转偏向力逐渐加大，空气运动向右偏转。在纬度力逐渐加大，空气运动向右偏转。在纬度3030附近，偏角到达附近，偏角到达9090，地转，地转偏向力与气压梯度力相当，空气运动方向与纬圈平行，所
11、以在纬度偏向力与气压梯度力相当，空气运动方向与纬圈平行，所以在纬度3030附附近上空，赤道来的气流受到阻塞而聚积，气流下沉，形成这一地区地面气近上空，赤道来的气流受到阻塞而聚积，气流下沉，形成这一地区地面气压升高，就是所谓的压升高，就是所谓的“副热带高压副热带高压”。三、风的形成1 1）纬度）纬度3030N N环流圈环流圈 副热带高压下沉气流分为两支，一支从副热带高压向南流动，指向赤副热带高压下沉气流分为两支，一支从副热带高压向南流动，指向赤道。在地转偏向力的作用下，北半球吹东北风，风速稳定且不大，约道。在地转偏向力的作用下，北半球吹东北风，风速稳定且不大，约3434级，这是所谓的级，这是所谓
12、的信风信风，所以在南北纬，所以在南北纬3030之间的地带称为之间的地带称为信风带信风带。这一支。这一支气流补充了赤道上升气流，构成了一个闭合的环流圈，称此为哈德来环流，气流补充了赤道上升气流，构成了一个闭合的环流圈，称此为哈德来环流，也叫做正环流圈。此环流圈南面上升，北面下沉。也叫做正环流圈。此环流圈南面上升，北面下沉。三、风的形成2 2）纬度）纬度30306060N N环流圈环流圈 副热带高压下沉气流的另一支从副热带高压向北流动的气流，在地转副热带高压下沉气流的另一支从副热带高压向北流动的气流，在地转偏向力的作用下，北半球吹西风，且风速较大，这就是所谓的西风带。在偏向力的作用下，北半球吹西风
13、，且风速较大，这就是所谓的西风带。在6060N N附近处，西风带遇到了由极地向南流来的冷空气，被迫沿冷空气上附近处，西风带遇到了由极地向南流来的冷空气，被迫沿冷空气上面爬升，在面爬升，在6060N N地面出现一个副极地低压带。地面出现一个副极地低压带。三、风的形成2 2）纬度）纬度30306060N N环流圈环流圈 副极地低压带的上升气流，到了高空又分成两股，一股向南，一股向副极地低压带的上升气流，到了高空又分成两股，一股向南，一股向北。向南的一股气流在副热带地区下沉，构成一个中纬度闭合圈，正好与北。向南的一股气流在副热带地区下沉，构成一个中纬度闭合圈，正好与哈德来环流流向相反，此环流圈北面上
14、升、南面下沉，所以叫反环流圈，哈德来环流流向相反，此环流圈北面上升、南面下沉，所以叫反环流圈，也称费雷尔环流圈；也称费雷尔环流圈；三、风的形成3 3）纬度）纬度60609090N N环流圈环流圈 副极地低压带的上升气流的向北气流，从上升到达极地后冷却下沉，副极地低压带的上升气流的向北气流，从上升到达极地后冷却下沉，形成极地高压带，这股气流补偿了地面流向副极地带的气流，而且形成了形成极地高压带，这股气流补偿了地面流向副极地带的气流，而且形成了一个闭合圈，此环流圈南面上升、北面下沉与哈德来环流流向类似的环流一个闭合圈，此环流圈南面上升、北面下沉与哈德来环流流向类似的环流圈，因此也叫正环流。在北半球
15、，此气流由北向南，受地转偏向力的作用，圈，因此也叫正环流。在北半球，此气流由北向南，受地转偏向力的作用，吹偏东风，在吹偏东风，在60609090之间，形成了极地东风带。之间，形成了极地东风带。三、风的形成4 4、季风环流、季风环流 在一个大范围地区内，它的盛行风向或气压系统有明显的季节变化，在一个大范围地区内，它的盛行风向或气压系统有明显的季节变化，这种在这种在1 1年内随着季节不同，有规律转变风向的风，称为年内随着季节不同，有规律转变风向的风，称为“季风季风”。季风。季风盛行地区的气候又称季风气候。盛行地区的气候又称季风气候。图图1-3 1-3 海陆热力差异引起季风示意图海陆热力差异引起季风
16、示意图a)a)冬季冬季 b)b)夏季夏季三、风的形成n 冬季，陆地比海洋冷，大陆气压高于海洋，气压梯度力自大陆指向海冬季，陆地比海洋冷，大陆气压高于海洋，气压梯度力自大陆指向海洋，风从大陆吹向海洋；洋，风从大陆吹向海洋；n 夏季则相反，陆地很快变暖，海洋相对较冷，陆地气压低于海洋，气夏季则相反，陆地很快变暖，海洋相对较冷，陆地气压低于海洋，气压梯度力由海洋指向大陆压梯度力由海洋指向大陆。图图1-3 1-3 海陆热力差异引起季风示意图海陆热力差异引起季风示意图a)a)冬季冬季 b)b)夏季夏季三、风的形成5 5、局地环流、局地环流1 1）海陆风）海陆风 由于海陆物理属性的差异，造成由于海陆物理属
17、性的差异，造成海陆受热不均。海陆受热不均。a a）海风海风 白天陆上温升较海洋快，空气上白天陆上温升较海洋快，空气上升，而海洋上空气温度相对较低，使升，而海洋上空气温度相对较低，使地面有风白海洋吹向大陆，补充大陆地面有风白海洋吹向大陆，补充大陆地区上升气流。而陆上的上升气流流地区上升气流。而陆上的上升气流流向海洋上空而下沉，补充海上吹向大向海洋上空而下沉，补充海上吹向大陆气流陆气流。这种白天风从海洋吹向大陆这种白天风从海洋吹向大陆称海风称海风。三、风的形成b b）陆风陆风 夜间环流的方向正好相反，所以风从陆地吹向海洋。夜间风从陆地夜间环流的方向正好相反，所以风从陆地吹向海洋。夜间风从陆地吹向海
18、洋称陆风。吹向海洋称陆风。三、风的形成2 2）山谷风山谷风 a a）谷风谷风 白天，山坡接受太阳光热较多，空气增温较多；而山谷上空白天，山坡接受太阳光热较多，空气增温较多；而山谷上空的的空气因空气因离地较远，增温较少，于是山坡上的暖空气不断上升，并从山坡上空流向离地较远，增温较少，于是山坡上的暖空气不断上升，并从山坡上空流向谷地上空，谷底的空气则沿山坡向山顶补充，这样便在山坡与山谷之间形谷地上空，谷底的空气则沿山坡向山顶补充，这样便在山坡与山谷之间形成一个热力环流。下层风由谷底吹向山坡，称为谷风。成一个热力环流。下层风由谷底吹向山坡，称为谷风。三、风的形成2 2）山谷风山谷风 b b）山风山风
19、 夜间，山坡上的空气，受山坡辐射冷却影响，空气降温较多，而谷地夜间，山坡上的空气，受山坡辐射冷却影响，空气降温较多，而谷地上空，同高度的空气因离地面较远，降温较少。于是山坡上的冷空气因密上空，同高度的空气因离地面较远，降温较少。于是山坡上的冷空气因密度大，顺山坡流入谷地，谷底的空气因汇合而上升，并从上面向山顶上空度大，顺山坡流入谷地，谷底的空气因汇合而上升，并从上面向山顶上空流去，形成与白天相反的热力环流。下层风由山坡吹向谷地，称为山风。流去，形成与白天相反的热力环流。下层风由山坡吹向谷地，称为山风。风的基本特征1常用测风设备2风速风向仪使用3一、风的基本特征1 1、风速、风速 风的大小常用风
20、的速度来衡量，风速是单位时间内空气在水平方向上风的大小常用风的速度来衡量，风速是单位时间内空气在水平方向上移动的距离，常用移动的距离，常用m/sm/s、km/hkm/h、mile/hmile/h等来表示。等来表示。专门测量风速的仪器有专门测量风速的仪器有旋转式风速计、散热式风速计和声学风速计旋转式风速计、散热式风速计和声学风速计等。等。风速仪安装高度不同，所得到的风速结构也不同，它随高度升高而增风速仪安装高度不同，所得到的风速结构也不同，它随高度升高而增强，通常强，通常测风高度为测风高度为10m10m。旋转式风速计旋转式风速计散热式风速计散热式风速计声学风速计声学风速计一、风的基本特征1 1）
21、瞬时风速、平均风速）瞬时风速、平均风速 瞬时风速瞬时风速在某一瞬间测得风速为瞬时风速；在某一瞬间测得风速为瞬时风速；平均风速平均风速在某一段时间内，瞬时风速的算术平均值在某一段时间内，瞬时风速的算术平均值，风速仪测得风速仪测得的风速是平均风速。的风速是平均风速。我们将年平均风速作为评价一个风场开发利用价值的重要指标，一般我们将年平均风速作为评价一个风场开发利用价值的重要指标，一般由当地气象台站的历年观测统计数据给出。由当地气象台站的历年观测统计数据给出。风力发电机轮毂中心高度处的最小年平均风速，是判断一个风电场风力发电机轮毂中心高度处的最小年平均风速，是判断一个风电场开发是否经济的标准。以目前
22、能源价格和上网电价为参照物，开发是否经济的标准。以目前能源价格和上网电价为参照物，当年平均风当年平均风速大于速大于5m/s5m/s时，风能的开发才有经济价值时，风能的开发才有经济价值。一、风的基本特征2 2）风速频率、风速变幅）风速频率、风速变幅 风速频率风速频率在一定的时间内，相同风速出现的时数占测量总时数在一定的时间内，相同风速出现的时数占测量总时数的百分比。的百分比。风速变幅风速变幅在求得平均风速的限定时间内，最大风速与最小风速之在求得平均风速的限定时间内，最大风速与最小风速之差。差。对风能利用来说，既希望平均风速较高，又希望风速变幅越小越好，对风能利用来说，既希望平均风速较高，又希望风
23、速变幅越小越好，以保证风力发电机平稳运行和便于控制。以保证风力发电机平稳运行和便于控制。一、风的基本特征3 3）启动风速、切除风速、有效风速）启动风速、切除风速、有效风速 启动风速启动风速可使风力发电机启动运行的风速称为启动风速；风力发可使风力发电机启动运行的风速称为启动风速；风力发电机常取电机常取3m/s3m/s为启动风速为启动风速。切除风速切除风速风力发电机超速运行的上限风速称为切除风速，大于切风力发电机超速运行的上限风速称为切除风速，大于切除风速时，风力发电机必须停转，否则将有超速运转而损坏的危险。风力除风速时，风力发电机必须停转，否则将有超速运转而损坏的危险。风力发电机常取发电机常取2
24、5m/s25m/s为切除风速为切除风速。有效风速有效风速风力发电机常取风力发电机常取325m/s325m/s的风速称为有效风速，据此计的风速称为有效风速，据此计算出来的风速频率和风能称为有效风频和有效风能。算出来的风速频率和风能称为有效风频和有效风能。年平均风速大于年平均风速大于3m/s3m/s的年小时数决定了风力发电机的工作效率及经济的年小时数决定了风力发电机的工作效率及经济性，表明风电场在一年内风力发电机可以起动工作的小时数。性，表明风电场在一年内风力发电机可以起动工作的小时数。一、风的基本特征4 4）参考风速和极限风速）参考风速和极限风速 参考风速参考风速定义为定义为5050年一遇的、在
25、轮毂高度处能持续年一遇的、在轮毂高度处能持续10min10min的阵风的阵风平均风速。平均风速。极限风速极限风速定义为定义为1.41.4倍的参考风速。极限风速决定了风力发电机设倍的参考风速。极限风速决定了风力发电机设计时的强度和刚度指标。计时的强度和刚度指标。风力发电机要想安全地工作，风力发电机组及其零部件就必须保证在风力发电机要想安全地工作，风力发电机组及其零部件就必须保证在瞬时最大风速时不会损坏。瞬时最大风速时不会损坏。一、风的基本特征5 5）影响风速的主要因素）影响风速的主要因素a a、垂直高度、垂直高度 从空气运动角度，通常将从空气运动角度，通常将1km1km以下的大气层分为三个区域：
26、以下的大气层分为三个区域：离地面离地面2m2m以内的区域称为底层；以内的区域称为底层；2100m2100m的区域称为下部摩擦层，二者总称为地面境界层；的区域称为下部摩擦层，二者总称为地面境界层；从从1001000m1001000m区域称为上部摩擦层，以上三个区域总称为摩擦层；区域称为上部摩擦层，以上三个区域总称为摩擦层；摩擦层之上称为自由大气。摩擦层之上称为自由大气。在地面境界层内，空气运动因受流黏性和地面摩擦的影响，风向大体在地面境界层内，空气运动因受流黏性和地面摩擦的影响，风向大体一致，而风速则随着垂直高度的增加而增大。一致，而风速则随着垂直高度的增加而增大。一、风的基本特征不同地形不同地
27、形平坦地面的平均风速（平坦地面的平均风速（m/s）3568山间盆地山间盆地0.950.850.850.80弯曲的河谷底弯曲的河谷底0.800.700.700.60山背风坡山背风坡0.900.800.800.70山迎风坡山迎风坡1.101.201.10峡谷口或山口峡谷口或山口1.301.401.20b b、地形地貌、地形地貌表表1-1 1-1 不同地形与平坦地面的风速比值不同地形与平坦地面的风速比值相对高度相对高度/m/m505010010020020030030050050070070010001000比值比值1.381.381.501.501.601.601.701.701.801.801.
28、841.841.901.90表表1-2 1-2 山顶与山麓的风速比值山顶与山麓的风速比值一、风的基本特征c c、地理位置、地理位置 由于陆地表面和海面对风的摩擦阻力不同，造成了海面上的风速比岸由于陆地表面和海面对风的摩擦阻力不同，造成了海面上的风速比岸上的风速大，沿海的风速比内陆的风速大。上的风速大，沿海的风速比内陆的风速大。d d、障碍物、障碍物 风流经障碍物时，会在其后面产生不规则的涡流，致使流速降低，这风流经障碍物时，会在其后面产生不规则的涡流，致使流速降低，这种涡流随着远离障碍物而逐渐消失。种涡流随着远离障碍物而逐渐消失。当距离大于障碍物高度当距离大于障碍物高度1010倍以上时，涡流可
29、完全消失，所以在障碍物倍以上时，涡流可完全消失，所以在障碍物下设置风力发电机时，应远离其高度下设置风力发电机时，应远离其高度1010倍以上。倍以上。一、风的基本特征 一、风的基本特征等级名称相当于平地10米高处的风速陆上地物征象海面和渔船征象海面浪高（m）风压（10N/m2）m/skm/h一般最高0无风0.0-0.21静，烟直上。海面平静。-0-0.00251软风0.3-1.51-5烟能表示风向，但风向标不能转动。微波如鱼鳞状，没有浪花。一艘渔船正好能使舵。0.10.10.0056-0.0142轻风1.6-3.36-11人面感觉有风，树叶微响，风向标能转动。小波，波长尚短，但波形显著，波峰呈玻
30、璃色但不破裂。渔船张帆时，可随风移动每小时12海里。0.20.30.016-0.683微风3.4-5.412-19树叶和微枝摇动不息，旌旗展开。小波加大，波峰开始破裂；浪沫光亮，有时可有散见的白浪花。渔船开始簸动，张帆随风移动每小时34海里。0.61.00.72-1.824和风5.5-7.920-28能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动。小浪，波长变长；白浪成群出现。渔船满帆时，可使船身倾于一侧。1.01.51.89-3.95清劲风8.0-10.729-38有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波。中浪，具有较显著的长波形状；许多白浪形成（偶有飞沫）。渔船需缩帆一部分。2.02.54-7.166强风10
31、.8-13.839-49大树枝摇动，电线呼呼有声，张伞困难。轻度大浪开始形成；到处都有更大的白沫峰（有时有些飞沫）。渔船缩帆大部分，并注意风险。3.04.07.29-11.9表表1-3 1-3 风级、风速和征象对照表风级、风速和征象对照表一、风的基本特征等级名称相当于平地10米高处的风速陆上地物征象海面和渔船征象海面浪高（m）风压（10N/m2）m/skm/h一般最高7疾风13.9-17.150-61全树摇动，迎风步行感到不便。轻度大浪，碎浪成白沫沿风向呈条状。渔船不再出港，在海者下锚。4.05.512.08-18.288大风17.2-20.762-74折毁微枝，迎风步行感到阻力甚大。有中度的
32、大浪，波长较长，波峰边缘开始破碎成飞沫片；白沫沿风向呈明显的条带。所有近海渔船都要靠港，停留不出。5.57.518.49-26.789烈风20.8-24.475-88建筑物有小损（烟囱顶盖和平瓦移动）。狂浪，沿风向白沫呈浓密的条带状，波峰开始翻滚，飞沫可影响能见度。机帆船航行困难。7.010.027.04-37.2110狂风24.5-28.489-102陆上少见，见时可使树木拔起，建筑物损坏较重。狂涛，波峰长而翻卷；白沫成片出现，沿风向呈白色浓密条带；整个海面呈白色；海面颠簸加大，有震动感，能见度受影响。机帆船航行颇危险。9.012.537.52-50.4111暴风28.5-32.6103-1
33、17陆上很少见，有则必有广泛损坏。异常狂涛（中小船只可一时隐没在浪后）；海面完全被沿风向吹出的白沫片所掩盖；波浪到处破成泡沫；能见度受影响。机帆船遇之极危险。11.516.050.77-66.4212飓风32.7-36.9118-133陆上绝少见，摧毁力极大。空气中充满白色的浪花和飞沫；海面完全变白，能见度严重地受到影响。14.066.42-85.11337.0-41.4134-1491441.5-46.1150-1661546.2-50.9167-1831651.0-56.0184-2011756.1-61.2202-2201861.3221表表1-3 1-3 风级、风速和征象对照表风级、风
34、速和征象对照表一、风的基本特征一、风的基本特征一、风的基本特征3 3、风向、风向 风向是指风吹来的方向，风向是指风吹来的方向，如果风从东面吹来，则称为如果风从东面吹来，则称为东风。观测陆地上的风向一东风。观测陆地上的风向一般采用般采用1616个方位（海上的风个方位（海上的风向通常采用向通常采用3232个方位），即个方位），即以正北为零，顺时针没转过以正北为零，顺时针没转过22.522.5为一个方位，如图为一个方位，如图1-71-7所示。静风记为所示。静风记为C C。一、风的基本特征3 3、风向、风向 风玫瑰图风玫瑰图各种风向出现各种风向出现频率常用风玫瑰图来表示。风玫频率常用风玫瑰图来表示。风
35、玫瑰图是在极坐标图上，点出某年瑰图是在极坐标图上，点出某年或某月各种风向出现的频率，称或某月各种风向出现的频率，称为风向玫瑰图。为风向玫瑰图。同理，统计各种风向上的平同理，统计各种风向上的平均速度和风能的图，分别称为均速度和风能的图，分别称为风风速玫瑰图和风能玫瑰图速玫瑰图和风能玫瑰图。风向玫瑰图风向玫瑰图一、风的基本特征 二、常用测风设备1 1、风速计、风速计1 1）杯式风速计：）杯式风速计：它由它由3 3个互成个互成120120固定在支架固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分，空上的抛物锥空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转
36、轴上，应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。转速可以于风速的转速旋转。转速可以用电用电触点、测速发电机或光电计数器触点、测速发电机或光电计数器等等记录。记录。二、常用测风设备2 2）螺旋桨式风速计：）螺旋桨式风速计：它是一组三叶或四叶它是一组三叶或四叶螺旋桨绕水平轴旋转的风速螺旋桨绕水平轴旋转的风速计，通过尾翼使其旋转平面计，通过尾翼使其旋转平面始终正对风的来风速计向，始终正对风的来风速计向，它的转速正比于风速。它的转速正比于风速。二、常用测风设备3 3）热线风速计：）热线风速计：热线风速计是采用一根被电流加热的金属热线风速
37、计是采用一根被电流加热的金属丝，流动的空气使它散热，利用散热速率和丝，流动的空气使它散热，利用散热速率和风速的平方根成线性关系，再通过电子线路风速的平方根成线性关系，再通过电子线路线性化，即可制成热线风速计。线性化，即可制成热线风速计。p 旁热式的热线一般为锰铜丝，其电阻温度系旁热式的热线一般为锰铜丝，其电阻温度系数近于零，它的表面另置有测温元件。数近于零，它的表面另置有测温元件。p 直热式的热线多为铂丝，在测量风速的同时直热式的热线多为铂丝，在测量风速的同时可以直接测定热线本身的温度。可以直接测定热线本身的温度。热线风速计在小风速时灵敏度较高，适用热线风速计在小风速时灵敏度较高，适用于对小风
38、速测量，是大气湍流和农业气象测于对小风速测量，是大气湍流和农业气象测量的重要工具。量的重要工具。二、常用测风设备4 4）数字风速仪：）数字风速仪：数字风速仪是专为各种大型机械设数字风速仪是专为各种大型机械设备研制开发的大型智能风速传感报警设备研制开发的大型智能风速传感报警设备，其内部采用了先进数字风速仪的微备，其内部采用了先进数字风速仪的微处理器作为控制核心，外围采用了先进处理器作为控制核心，外围采用了先进的数字通讯技术。的数字通讯技术。数字风速仪用于测量瞬时风速和平数字风速仪用于测量瞬时风速和平均风速，具有自动监测、实时显示、超均风速，具有自动监测、实时显示、超限报警控制等功能。限报警控制等
39、功能。二、常用测风设备5 5）声学风速计：）声学风速计：在声波传播方向的风速分量将改变声波在声波传播方向的风速分量将改变声波传播速度，利用这种特性制作的声学风速表传播速度，利用这种特性制作的声学风速表可用来测量风速分量。可用来测量风速分量。声学风速表至少有两对感应元件，每对声学风速表至少有两对感应元件，每对包括发声器和接收器各一个。使两个发声器包括发声器和接收器各一个。使两个发声器的声波传播方向相反，如果一组声波顺着风的声波传播方向相反，如果一组声波顺着风速分量传播，另一组恰好逆风传播，则两个速分量传播，另一组恰好逆风传播，则两个接收器收到声脉冲的时间差值将与风速分量接收器收到声脉冲的时间差值
40、将与风速分量成正比。如果同时在水平和铅直方向各装上成正比。如果同时在水平和铅直方向各装上两对元件，就可以分别计算出水平风速、风两对元件，就可以分别计算出水平风速、风向和铅直风速。向和铅直风速。二、常用测风设备（2 2）风速记录）风速记录 1 1）机械式：）机械式：当风速感应器旋转时，通过蜗杆带动蜗轮转动，再通过当风速感应器旋转时，通过蜗杆带动蜗轮转动，再通过齿轮系统带动指针旋转，从刻度盘上直接读出风的行程，除以时间得到平齿轮系统带动指针旋转，从刻度盘上直接读出风的行程，除以时间得到平均风速。均风速。2 2）电接式：）电接式：由风杯驱动的蜗杆，通过齿轮系统连接到一个偏心凸轮由风杯驱动的蜗杆，通过
41、齿轮系统连接到一个偏心凸轮上，风杯旋转一定圈数，凸轮使相当于开关作用的两个接点闭合或打开，上，风杯旋转一定圈数，凸轮使相当于开关作用的两个接点闭合或打开，完成一次接触，表示一定的风程。完成一次接触，表示一定的风程。3 3）电机式：）电机式：风速感应器驱动一个小型发电机中的转子，输出与风速风速感应器驱动一个小型发电机中的转子，输出与风速感应器转速成正比的交变电流，输出到风速的指示系统。感应器转速成正比的交变电流，输出到风速的指示系统。4 4）光电式：）光电式：风速旋转轴上装有一个圆盘，盘上有等距的孔，孔上面风速旋转轴上装有一个圆盘，盘上有等距的孔，孔上面有一个红外光源，正下方有一个光电半导体，风
42、杯带动圆盘转动时，形成有一个红外光源，正下方有一个光电半导体，风杯带动圆盘转动时，形成光脉冲信号，每一个脉冲信号表示一定的风行程。光脉冲信号，每一个脉冲信号表示一定的风行程。二、常用测风设备（2 2）风速记录）风速记录 风速大小与风速计安装高度和观测时间有关系。世界各国基本上都风速大小与风速计安装高度和观测时间有关系。世界各国基本上都以以10m10m高度处观测为依据，但是取多长时间的平均风速不统一，有取高度处观测为依据，但是取多长时间的平均风速不统一，有取1min1min、2min2min、10min10min平均风速，有取平均风速，有取1h1h平均风速，也有取瞬时风速等。平均风速，也有取瞬时
43、风速等。我国气象站观测时有我国气象站观测时有3 3种风速，一日种风速，一日4 4次时次时2min2min平均风速、自记平均风速、自记10min10min平均风速和瞬时风速、风能资源计算时，都用自记平均风速和瞬时风速、风能资源计算时，都用自记10min10min平均风速。极端平均风速。极端风速计算时，用最大风速（风速计算时，用最大风速（10min10min平均最大风速）或瞬时风速。平均最大风速）或瞬时风速。二、常用测风设备2 2、风向标、风向标 风向标是测量风向的常用装置，有风向标是测量风向的常用装置，有单单翼型、双翼型和流线型翼型、双翼型和流线型。风向标一般由尾。风向标一般由尾翼、指向杆，平衡
44、锤及旋转主轴四部分组翼、指向杆，平衡锤及旋转主轴四部分组成的首尾不对称的平衡装置。其重心在支成的首尾不对称的平衡装置。其重心在支撑轴的轴心上，整个风向标可以绕垂直轴撑轴的轴心上，整个风向标可以绕垂直轴自由摆动。在风的动压力作用下，取得指自由摆动。在风的动压力作用下，取得指向风的来向的一个平衡位置，即为风向的向风的来向的一个平衡位置，即为风向的指示。传送和指示风向所在方位的方法有指示。传送和指示风向所在方位的方法有很多，有很多，有电触点盘、环形电位、自整角机电触点盘、环形电位、自整角机和光电码盘和光电码盘四种类型，其中最常用的是码四种类型，其中最常用的是码盘。风速仪一般安装在离地盘。风速仪一般安
45、装在离地10m10m的高度上。的高度上。二、常用测风设备表1-4 风向标具体参数输出类型输出类型电流输出型电流输出型电压输出型电压输出型RS485型型量量 程程0-360度度 16个方向个方向供电电压供电电压DC12V24 V输出信号输出信号4-20mA（三线制）（三线制）1-5V或者或者0-5V 负载能力负载能力5002K 使用环境使用环境-15+85，相对湿度，相对湿度10-90%，非凝结，非凝结启动风力启动风力0.8m/s整体功耗整体功耗（DC24V）0.7W0.3W0.3W重量重量0.5Kg二、常用测风设备方位信号输出类型电压信号(0-5V)电压信号(1-5V)电流信号(4-20mA)
46、北5V5V4mA东北偏北0.31V1.25V5mA东北0.63V1.5V6mA东北偏东0.94V1.75V7mA东1.25V2V8mA东南偏东1.56V2.25V9mA东南1.88V2.5V10mA东南偏南2.19V2.75V11mA南2.5V3V12mA西南偏南2.81V3.25V13mA西南3.13V3.5V14mA西南偏西3.44V3.75V15mA西3.75V4V16mA西北偏西4.06V4.25V17mA西北4.38V4.5V18mA西北偏北4.69V4.75V19mA表1-5风向标信号输出类型表二、常用测风设备 电源 GND 信号 NC 电源 GND 信号 NC 电源+GND A+
47、/TXD B-/RXD 电源+GND A+/TXD B-/RXDa a）电压电流型输出接口）电压电流型输出接口 b b）RS485RS485型输出结构型输出结构图图1-15 1-15 风向标输出接口图风向标输出接口图三、风速风向仪使用PROFESSIONAL-IXPROFESSIONAL-IX型机械式风速风向仪型机械式风速风向仪三、风速风向仪使用PROFESSIONAL-IXPROFESSIONAL-IX型机械式风速风向仪型机械式风速风向仪项目项目风速仪风速仪风向标风向标测量范围测量范围0.4.50 m/s0.360精确度精确度 2%FS（风速范围（风速范围0.450m/s）1分辨率分辨率 0
48、.1 m/s1启动风速启动风速0.4 m/s0.4 m/s输出输出0.10 VDC=0.4.50 m/s0.10 VDC=0.360防护等级防护等级IP 65IP 65供电供电24 VDC(20.28 VDC)24 VDC(20.28 VDC)加热方式加热方式通体加热通体加热max.125W通体加热通体加热max.125W加热电源加热电源24 VDC 5.5A与供电电源分开，独立电源与供电电源分开，独立电源24 VDC 5.5A与供电电源分开，独立电源与供电电源分开，独立电源工作温度工作温度-40.+70C-40.+70C储存温度储存温度-40.+70C-40.+70C壳体材质壳体材质重防腐双
49、重阳极处理铝合金重防腐双重阳极处理铝合金重防腐双重阳极处理铝合金重防腐双重阳极处理铝合金测量部件材质测量部件材质转杯转杯:双重阳极处理铝镁合金双重阳极处理铝镁合金风标风标:双重阳极处理铝镁合金双重阳极处理铝镁合金最大相对湿度最大相对湿度100%100%浪涌保护浪涌保护有有,不会损坏不会损坏有有,不会损坏不会损坏静电保护静电保护有有,不会损坏不会损坏有有,不会损坏不会损坏容错保护容错保护接错线传感器不会损坏接错线传感器不会损坏*接错线传感器不会损坏接错线传感器不会损坏*电缆总长度电缆总长度/m12米米12米米净重净重/kg0.8 Kg0.8 Kg三、风速风向仪使用二、内部连接及布局二、内部连接及
50、布局风速计传感器信号线：风速计传感器信号线：1 1、棕色：传感器信号电源正极；、棕色：传感器信号电源正极；2 2、白色：传感器信号电源负极；、白色：传感器信号电源负极；3 3：蓝色：传感器信号输出正极；：蓝色：传感器信号输出正极；4 4、黑色：传感器信号输出负极。、黑色：传感器信号输出负极。风速计加热器电源线：风速计加热器电源线：1 1、棕色：加热器电源正极；、棕色：加热器电源正极；2 2、蓝色：加热器电源负极。、蓝色：加热器电源负极。三、风速风向仪使用二、内部连接及布局二、内部连接及布局风向标传感器信号线：风向标传感器信号线：1 1、棕色：传感器信号电源正极；、棕色：传感器信号电源正极；2
