如何评估风力发电厂的发电能力？应该从哪些角度入手？

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风力发电厂的发电能力取决于以下三个因素：

• 风场：风能的来源；
  
• 风机：将风能转换为机械能；
  
• 发电机：将机械能转换为电能。
  

（1）风场

「风场-图片来自网络」

一般拟建风场时，需要设立观测站进行1~3年的连续风速、风向观测以进行评估，评估的目的主要是为确定风机、发电机的装机容量和选型等提供依据，从根本上决定了风力发电厂的发电能力。

为了衡量一个地方风能的大小，评价一个地区的风能潜力，风能密度是最方便和有价值的量，风能密度公式如下：

$W=\frac{1}{2}\rho v^3\left(W/m^2\right)$W=\frac{1}{2} \rho v^{3} (W/m^{2} )W=\frac{1}{2} \rho v^{3} (W/m^{2} )

$\rho$\rho \rho ——空气的密度($kg/m^3$kg/m^{3} kg/m^{3} )，其大小直接关系到风能的多少，是气压、气温和温度的函数；

$\upsilon$\upsilon \upsilon ——风速($m/s$m/sm/s)，由于风速是一个随机性很大的量 ，必须通过一定时间的观测来了解它的平均 状况。

由此可知，风场的风能密度取决于该处的空气密度$\rho$\rho \rho 和风速$\upsilon$\upsilon \upsilon 。

（2）风机

目前用于风力发电的风力机主要有两种类型 ， 一种是水平轴高速风机 ， 一种是垂直轴达里厄型风机。

「水平轴高速风机-图片来自网络」

「垂直轴达里厄型风机-图片来自网络」

对于一台实际的风机，其输出的机械功率可由下式进行衡量：

$P_m=C_p?P_w$P_{m}= C_{p}\cdot P_{w}P_{m}= C_{p}\cdot P_{w}

$P_w$P_{w}P_{w}——通过风轮扫掠面积的风的功率，$P_w=\frac{\pi }{8}\rho D^2{\upsilon }^3$P_{w}=\frac{\pi}{8} \rho D^{2} \upsilon ^{3} P_{w}=\frac{\pi}{8} \rho D^{2} \upsilon ^{3} ，D是风轮直径；

$C_p$C_{p} C_{p} ——风能利用系数，随风速、风力机转速以及风力机叶片参数如攻角、桨距角等而变化，风能利用系数与叶尖速比的关系如下图所示。

「风能利用系数-图片来自网络」

由此可知，风机的输出机械功率取决于通过风轮扫掠面积的风的功率$P_w$P_{w}P_{w}及风能利用系数$C_p$C_{p} C_{p} 。

（3）发电机

发电机的性能不仅直接影响机械能-电能转换过程的性能、效率和供电质量，而且也影响到风能-机械能转换过程的运行方式、效率和装置结构。因此研制和选用适合于风电转换用的运行可靠、效率高、控制及供电性能良好的发电机系统，是风力发电工作的一个重要组成部分，也决定了风力发电场的发电能力。常用的风力发电机类型如下。

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关于风力发电场发电能力的预估主要有两种方法：解析法[1]和仿真法[2].由于解析法的复杂程度与系统的大小呈指数关系，仿真法得到了越来越多的应用。

一般而言，仿真法首先建立风力模型、风机模型以及风电场模型，在此基础上引入可靠性指标，建立风电场系统风电容量可信度的计算方法。

参考资料：

[1]Singh C，Kim Y．An efficient technique for reliability analysis of power systems including time dependent sources[J]．IEEE Transactions on Power System，1988，3(3)：1090-1096．

[2]Billinton R，Hua Chen．Assessment of risk-based capacity benefit factors associated with wind energy conversion systems[J]．IEEE Transactions on Power System，1998，13(3)：1191-1196．