几种常用的风切变指数计算方法

在风电场进行开发建设之前，会进行一项十分重要的工作，测风和风资源评估，和风力发电的前提是风能资源评估，对风能资源的正确评估是风电场取得良好经济效益的关键。风能资源评估的主要目的是确定风电场的装机容量、风力发电机组选型及布置等。确定风电机组选型的指标之一即是风切变指数，

风切变系数对风力发电的影响主要有两个方面：

1、根据风切变系数选取最佳的轮毂高度。

2、如果风切变系数过大，那么在叶片的整个扫风面上的风力载荷就非常不均衡，这将影响到叶片和机舱的使用寿命和运行安全。

风切变指数公式

α即为风切变指数

准确计算预装轮毂高度处的风资源数据，是评估风电场发电量的先决条件。在风电场可行性研究中需要根据风力机轮毂高度处风速、风向来计算风电机组的发电量，但实际测风中测风仪器的高度并不是完全都能满足风电机组的安装高度，所以在估算风电机组发电量时需要根据测风塔的实际测风数据，利用风切变指数推算出近地层任意高度的风速。实测风速尽可能使用最接近轮毂高度处的风速，而风切变指数按照现有通常的做法是根据测风仪器2个不同高度实测风速的全部数据求得，或者是根据不同高度风速利用拟合曲线求得一个综合结果，而实际上计算风切变指数都有哪些方法呢？

一、利用风廓线拟合，得到拟合的幂律曲线，从而得到整个测风高度的风切变指数。（较常用）

将各个高度的平均风速绘制散点图，然后根据指数关系进行曲线拟合，得到风切变指数拟合曲线，从而得到风切变指数。

（采用工具：windgrapher和Excel）

二、利用年平均风速计算风切变指数（一般计算，常用）

根据各高度年平均风速数据利用指数公式计算出风切变指数。

三、利用测风塔每10min数据计算（一般常用，精确度高）

如果测风塔数据齐全，数据缺失少，完整率高，可利用全部数据进行风切变计算。具体计算方式为：取得测风塔每10min测风数据，选择最接近预装轮毂高度的风数据，利用指数公式进行风切变指数计算，最终再计算所有10min结果的平均值作为总风切变指数。

四、去除小风速后计算风切变指数

目前常用的风机切入风速一般为3～4m/s，故3m/s以下风速对风机功率没有任何贡献，且在小风速下，测风仪得到数据误差比较大，可以去除3m/s以下风速以后再进行计算。具体计算方法为：去除各个高度3m/s以下的风速数据，对剩余的每一组数据都利用指数公式计算其风切变指数，再取所有计算结果的平均值作为总风切变指数。

五、利用典型速度段风速计算风切变指数。

湍流强度I15是10min平均15m/s风速下的湍流强度值，是环境湍流强度的特征值，进行湍流强度分析时一定要计算的重要指标。选取距离轮毂高度最近的测风高度(70m)处(15±0.5m/s)的数据，将同组的各高度风速数据利用指数公式计算风切变指数，再取所有计算结果的平均值作为总风切变指数。

风切变指数关系到机组选型和风机轮毂高度选择。上边汇总了5种不同的风切变指数的计算方法，供大家根据风电场的实际情况选择合适的计算方法，减小风切变指数的计算误差。

风在近地层中垂直变化的原因有动力因素和热力因素，前者主要来源于地面的摩擦效应，即地面的粗糙度，后者主要表现为与近地层大气垂直稳定度的关系。