风能资源和风电场开发（三）

2风向

(1) 风向的定义

风向：风的来向。风向表示方法有：度数表示法和方位表示法。

度数表示法是最直接的风向表示方法，用0～360°度数表示风的来向，这种表示方法通俗简单。为了更加直观的表示风的来向，采用方位表示，就是把0～360°的风向离散化，把不同风向值划分到相应的扇区，如图3所示，通常设16扇区，每隔22.5度为一个扇区，如348.75～360°和0～11.25°区间的风向为北风，以N表示，11.25～33.75°区间的风向为北东北风，以NNE表示，33.75～56.25°区间的风向为东北风，以NE表示，其他的依次类推。

图3 16扇区方位表示图

(2) 风向、风能的分布

目前比较常用的分析统计风向分布特点的方法是将测风周期所测的风向值离散化，把不同风向值划分到相应的扇区，然后分析在测风时间内风向在不同扇区出现的频率，从而判断风向分布状况。用同样的方法可以判断风能的分布情况。测风周期通常取1月或1年。

一般采用风向和风能玫瑰图来描述风向、风能在水平面上的分布情况。所谓的玫瑰图是根据风向或风能在各扇区的频率分布，以相应的比例长度绘制的形如玫瑰花朵的概率分布图。

需要指出的是当主风向和主风能的方向不一致时，应以风能玫瑰图为主。也就是说，在一个测风周期内风向出现的频率高，对应的风能不一定多，因为风能与风速的立方成正比，风速比风频对主风能方向的影响更明显。

图4表示的是某测风塔风向、风能分布玫瑰图，从风向玫瑰图来看，南风出现的频率最高，其次为西西北和西北风，从风能玫瑰图来看，西北方向风能频率最高，其次为西西北和南风，综合来看，测风塔的主风向为西北和西西北风。这是因为南风虽然出现的频率较高，但风速较小，对应的风能不大，而西北风出现的频率虽然相对较小，但风速较大，对应的风能较大，为最大风能方向。

图4 风向(左)、风能(右)玫瑰图实例

3风能和风功率密度

(1) 风能

风能是大气运动具有的动能，在单位时间内流过某一截面的风能E，亦即风功率的计算公式为：

E=0.5ρSV3 (3)

式中：E：风能，单位为W;

Ρ：空气密度，单位为kg/m3;

S：气流通过的截面积，单位为m2，

V：风速，单位为m/s。

风能的大小分别与空气密度、通过的截面积以及气流速度的立方成正比。