空气密度对风能的影响及计算条件分析

风力发电机的能量来源于地球表面大量空气流动所产生的动能，即风能。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。而相同的风速下，空气所携带的能量是存在一定差异的，即空气密度的变化对于风能的影响较大。

在恒定风能下，空气密度与风速满足以下关系式：

式中　ρ0——标准空气密度；

v0——相应的风速；

ρm——实际空气密度；

vm——实际的风速。

干空气的密度与环境温度、海拔高度等因素相关，当温度、大气压稳定时，干空气密度是一个定值。当空气中的水蒸气含量达到一定比例时，则需要考虑水蒸气的分压影响。相比之下，干空气的分子量大、密度高，湿空气的密度介于水汽密度和干空气密度之间。

由已建或在建的若干千万千瓦级风电基地的分布情况来看，气候、地理方面的差异使得风的短期变化分析以及风能的评估计算均不能仅依赖于理想的空气密度参数。尤其在与预测相关的时间尺度下，空气密度是研究风的短期变化规律以及影响风力发电机组有功出力的一项重要因素。

单位体积干空气的密度受大气压和环境温度影响，计算方法如下式：(www.xing528.com)

式中　t——环境温度；

p——干空气大气压。

不同湿度条件下空气密度的计算方法存在细微变化，导致不同季节、不同天气现象以及是否发生海陆风转换等情况下，风能的计算结果存在差异。

单位体积混合水蒸气的湿空气密度计算方法为：

式中　φ——空气的相对湿度；

pb——温度t时饱和空气中水蒸气的分压力，MPa。

在风的短期变化特性分析中，需要同时考虑空气密度的影响和空气密度的计算条件。这一点对于风的短期变化预测，乃至短期变化预测的评价与校正均是十分重要的一项变量。