风力机选址的关键因素分析

风力机既可以并网运行，也可以在被隔离的地点独立运行。为风力机选择合适的地点，最关键的两个因素是风速和风的质量。风玫瑰图可以提供此类信息。无湍流的地点最适合安装风力机，因为湍流会使风力机的效率降低，并会影响到风力机的整体稳定性。

风湍流受地球表面影响。根据地形粗糙度的不同，风或多或少都会带有一些湍流。只有在3000ft^[3]及以上的高度，风速才不受地球表面的摩擦影响，因此也没有湍流^[9]。

根据风速（m/s）和风功率密度（W/m²），风力发电可以分为七级^[4]，见表2.1。应当指出，在本表中，每一级都对应着两个功率密度。例如，第4级代表风功率密度范围为200～250W/m²。

表2.1 风力发电等级

风图（Wind Map）提供了不同地理位置的等级的有用信息。以风的年均速度和年均功率为基础，可以为特定的地点确定风电等级，同时在风图上标示出这些等级。这些地图还将提供具体地点的风能潜力，可以用于确定风力发电机的选址。

风力机组选址的另一个重要因素是地形粗糙度。粗糙度也分等级表示地形地貌条件与风速之间的关系。粗糙度等级分为0～4级，其中0级代表水面和地表光滑的开放地形，4级代表具有高大建筑物和摩天大楼的较大城市。对于不同的地理位置，影响风力机选址的两个关键参数是摩擦系数和粗糙度等级^[5]。摩擦系数取决于不同的地形特征，见表2.2。

表2.2摩擦系数

考虑到摩擦系数和地形高度，风速的衰减可表示为

式中 v₀——地形高度为H₀时的原始风速；

v——地形高度为H时的衰减风速。

不同粗糙度地表的粗糙度等级与地形的具体说明列于表2.3。

不同地形高度和粗糙度长度的风速衰减可以表示为(www.xing528.com)

式中 z——粗糙度长度。

风速随高度呈指数增加。因此，10m高处的风速与100m和200m高处的风速完全不同。式（2.6）给出了地球表面上特定高度的实际风速的精确信息：

表2.3 粗糙度等级

式中 v——在地平线以上高度z处的风速；

z——达到所需速度（v）的地平线以上的高度；

z₀——目前风向的粗糙度长度；

z_ref——已知确切风速v_ref的高度。

理想的风力发电场址是一个风速平缓、稳定而且没有湍流的位置，只有粗糙度等级为0的位置才有这种可能。如前所述，粗糙度等级0代表水面和地表光滑的开放地形，因为没有障碍物，所以其风速是恒定的，也没有湍流。由于粗糙度非常低，水面以上30m与水面以上50m处的风速没有差别。此外，由于湍流较小，风力机的寿命也会延长。但是，根据当地的天气和地表情况，风速和方向也会有很大差异，尤以白天为最。

由于湍流较小，很多风力机被安装在海上约5～10km的海面上。风影（Wind shade，由于森林、丘陵等地面障碍物而引起的湍流）不会影响到远在海里的风力机。因此根据它们选址的不同，风力机主要分为两类：陆上型（风电场在陆上）和海上型（风电场在海中）。

陆上风力机发出的电能可以通过输电线路传输并并网。海上风力机受湍流风的影响较小（无风影），但是要从海上架设到所需内陆地区的输电线路比较困难。