也谈风能计算中的瑞利分布订正

也谈风能计算中的瑞利分布订正 风力身游,藤,计算砩利钎 )新能源一 19口4l6(5).一2426 24—曲也谈风能计算中的瑞利分布订正 塑童墼-rK孑【 (浙江农业大学能谅研究所,杭州310029) A摘要提出了瑞利分布的订正式最其枣敷的确定.访订正式不仅可以计算平均风速超过 4.5m/s~区的风能,而且可以计算低于4,5TI1/s平均风速地区的风能, 且精度较高,肌而拓宽T瑞 利分布统计风能的范围 引言 计算风能时,常用威泊尔(Weibul1)分 布,包括二参数,三参数模式.三参数模式 可靠性较好,但确定参数时计算量较大.近 年来,国外已有利用瑞利(Rayleigh)分布 统计风能的报道.由于?瑞利分布中只含一 个参数,?参数可由平均风速体现出来,? 具有足够的计算精度.美国国家气象部门把 几百个地点的有关风能数据与瑞利分布模式 得出的结果进行比较,发现误差只有1O嘶左 右.担是当平均风速低于4.5m/s对,其可靠 性大大降低;如果平均风速低于36m/s,则 根本不能用瑞利分布了.为了克服瑞利分布 的局限性,国内已有学者对瑞利分布进行订 正.订正后尽管精度有了提高,但依然存在 如下问题:?订正后数学达式较繁,计算 时分段额繁}@从统计的角度分析,订正式 已不是分布模式,失去了原模式曲统计特 性. 本文提出新的瑞利分布订正模式(下 仍简称为订正式)及其参数确定方法 i瑞利分布模式及其订正式 从分析威泊尔三参数模式出发,可以弄 清楚瑞利分布的误差所在.威泊尔三参数模 ?_24? 式描述风速分布的数学表达式为: f”(V)=口曲.?V?exp(--b?Va)(1) 式中,d,c为形状参数,6为刻度参数, ?0是风速. 当a=c时,(1)式变为; ,w2(y)=b?c?V?exp(--b?Vc)(2) 若c一2,刚(2)式变为; iV)=2bV?exp(--b-V)(3) 引八期望 - E=』=川)d=?(4) 取平均风速为(2)式的均值,则有: 日=V(5) 考虑(4)式和(5)式,有: b=/4V(6) 将(6)式代八(3)式,有t ,():.一 … [一{‘((7) (7)式就是目前国外采用的描述风速分布的 瑞利分布模式. 按上推导,(7)式成立的条件为a,c 这两个形状参数均为2.但这在平均风速 <4.5m/s时较难满足,会导致很大的误 差.为此,拟按如下思路加订正; ?剔除低风速区.对于风力机而言,风 速低于2.5m/s的风能已无乖J用可能.剔除低 风速区不仅减少了统计工作量,且可大大提 高精度 ?平移曲线,使模式的曲线不强制通过 原点. ?调整原模式中的平均风速,使曲线 趋于实际分布. 现假定订正式的平均风速调整为,曲 线平移量为B,可得到瑞利分布的如下订正 式: lee(V)=詈’唧[寻?WJ (y?2.5)(8) 令A=一了?—=,则(8)式变为: H fRR(V)=2A(V--B)expE—A(y—B)] (y?2.5)(9) (9)式中,A,B为待定参数,可按如下方法 确定. 设y一为V?对,RR(y一)的观测值,并记 .= 塞[y广c叫 令O0/aA=o,aO/OB=O,得: ?{I--2A(VI—B)expE—A(VI一, B):]}?FA(VI—B)z一1].(yl— B)?expE--A(Vl—B)]=0 fy.一2A(V{--B)expE—A(y. 一 B)z]1[1—2A(VI—B)z] .exp[一A(y|一B)]=O V?2.5 解(11)式,可求得参数A,B的数值. (10) 2订正式的验证 2?l订正式的统计特性 在(8)式中,若令V=V--B,V-=?, 则有: ncy+,={??exp[一詈?().1y,y. (12) (12)式仍然是瑞剥分布,保持了统计分布的 特性.’ 2.2平均风速大于4.5m/s时的精度 当订正式中系数B等于零时,订正式变 为原模式参数B的具体数值是由最小二乘 法确定的,故平均风速大于4.5m/s对的计算 可靠性高于原模式.可以认为,原模式只是 订正式的一个特例 2.3平均风速小于4.5m/s时的精度 我们利用订正式计算了江苏省沿海8个 地区平均风速小于4mls的风频,结果都令 人满意.以射阳县为例,订正式为: c手?与唧[_詈 一 26 .327 7671(?2.5).J. 为说明订正式与宴测值的吻合情况,我 们以曲线形式进行比较(附图),可见订正 式与实测值吻合得很好,其精度远高于原瑞 利分布模式. 1r, 【… \=嚣 r 十十] 附图瑞利分布订正前后与实剃值的比较 ?25? 3结束语 本文提出瑞利分布订正式不仅可以提 高平均风速大于4.smls~,j-计算风能的精度, 而且可以计算平均风速小于4.5m/s时的情 况,从而拓宽了瑞利分布计算风能的应用范 围. 瑞利分布订正式所含参数少,参数确定 方便. 瑞利分布订正式保持了原模式的统计特 性.+ 参考文献 I际继魁.瑞利分布在风能计算巾的应用及订 I式初探.新能源,108T,0’1):13,l8. 2陈佩英.成泊尔三参数艇式在风能研究中的 用.南京气象学院,1985,(1). 3朱超群.风能计算及随高度的变化.太阳能 ,1993,1i(1). 4ParkJ着,孙云龙译.风能及其利用.北 京;能源出版社,1984. 5FrerisLL.WindF..nergyCoaver~ion System.ProntlceHallIntomatlonalLtd. 1990.19,2O. (原稿1993年l2月29曰收到) 江苏省农村能源1993年建设成就 殛1994年开发利用重点 随着改革开放,商品经济的发展,江苏省农梓 能源建设1舯3年从单一项目嚣展至拴面开发利用, 取得了显着成缋.据统计,截止1903年底,新建农 户河气池14300~,新建受俸供气800多户I城镇净 化工程,沼气公厩407麈,超额年计瓤2.31倍】推广 太阳能热水器27670m~,超额年计划1.76倍I推广 省柴节煤灶1169400户,超额年计划62.77%.至今, 金省累计发展农户沼气池503580~,年供气166万 m}城镇净化工程(公厕)1467座,供气40loom~I 沼气动力站15个’风力发电和提水机569台套,推 广省柴节煤灶1102.60万户.巳有3o个县成为颁利 完成国家改灶重点县.全省巳形成500多万t标准 煤的年节约能力,相当于农村总牦能拘14%以上. 与此同时,开展了对农村能擐的综合利用,特 刖是在种植业和养殖业上显示出根大优势,取得了 良好盼经济效益,社会效益和生态环境效益. 1994年.江苏省农村能源建设着重以下几个方 面t ?努力实现农村生活燃料现代化.平U用现有农 ?26? 村能源生产技术和g【进先进转换技术,将自然能源 和生物质能源通过理化手段转换成固态,液态和气 态的高品位能源,满足农民多品种,高质量能源的 需求. ?综合干用与生态农业和菜篮子工程相结合. 在畜禽养殖基地和养殖犬户脚及食品厂,酒厂,制 药厂和居住集中的村镇,建设大中型沼气工程,将 有机虚涟,渣进行无害化处理,开展综合利用,发 展生卷农业和生物链工程技术,净化环境. @贯彻开发和节约并重方针.配合有关部门 抓好农业生产用的农机具和农用设备的节能,在乡 镇企业开展以生产节能降耗为重点的技术改造,提 高经济效益和管理水平. @切实抓好农村能源综合建设县研目,提高新 技术台量.对东海,扬中邗江,雨花台区和南通市 农村能源综合建设市,县所承担的各种瓒目,进行 综台开发,分步实施,确保经济,社会和生态效益, 垒面地完成国家规定的各项任务指标 ?使农村能源建设步八市场经济的轨道.要求 各地本着围绕服务办实体,办好实体促服务的精 神,积极发展农业能源产业,使其产品和眼务商品 化,市场化 (仓金夫供稿)