附录A  风电场数值模拟Matlab代码（主体部分） 49

1  绪论

1.1  选题背景

人类的生存和发展离不开能源，能源是人类赖以生存、社会经济赖以发展的重要物质基础。自第一次工业革命以来，社会生产力飞速发展，同时，能源消耗也急剧增加。目前，煤、石油、天然气是人类社会的主要能源，这些化石能源都是不可再生的，早在上个世纪，能源的短缺就已经成为了一个世界性的问题。另外，人类近一百年来无限制地燃烧煤炭、天然气、石油等燃料发电，也是产生温室效应及污染物排放的主要因素，以致环境污染和气候变化问题越来越严重，能源短缺和环境污染已成为制约人类未来发展的两大核心问题。

据联合国能源署报告，按可开采储量估计，煤炭资源可供人类使用200年，天然气资源可用50年，石油资源可用30年[1]。按照目前的开采速度和人类资源消耗速度，虽然人类通过高科技逐步发现和开采更多类似油页岩之类不易开发的能源，但化石能源的消耗殆尽是不可避免的。中国情况尤甚，虽然自身能源储量丰富，但因人口基数太大，经济发展快速，不断攀升的能源需求使得我国的化石能源无法实现自给，年年需从海外进口大量的石油、煤炭等能源，能源短缺问题于我国的经济稳定快速发展是一个亟需解决的问题。

同时，化石能源的大量使用使得全球温室气体含量激增，全球气候变暖已是不争的事实，除了温室效应导致的海平面上升的威胁外，极端天气的频繁出现也与温室效应脱离不了干系。此外，煤炭等能源的燃烧会产生大量的粉尘，排入空气后易形成雾霾天气，尤其是近几年来，中国的雾霾问题极为严重。论文网

因此，寻找并大力开发清洁可靠的绿色能源已成为当今世界的主流话题，同时也是中国需要着力发展的方向。

1.2  风能利用的历史与现状

1.3  风场数值模拟现状

1.4  本课题的主要内容及目的

本文的主要内容是通过阅读国内外文献及著作，初步了解风能及风力的基本属性。对风电的全球储量，发展现状，以及发展前景有一个大体的认识与了解。风力发电系统的建模是对风力机系统进行优化和控制的基础，风速是预测风电场发电量的主要条件，也是风场建模中最主要考虑的因素。在对风速模型及尾流模型有一定认识的基础之上，本文的目的是建立一个简化风电场模型（不考虑地形、地貌等因素，风电机组呈规则化排列分布），在输入事先设定的参数后，可初步模拟出风速，然后根据选定的尾流模型，计算出经过风力机组后的等效风速，最后由此预估该风场的理论风能数值，整体框架流程如图（1-4）所示。

本论文主要完成了以下内容：

1、通过查阅文献资料，了解风能利用历史，国内外风电发展现状，风能资源储备，以及风电发展前景，了解课题的必要性及意义；

2、研究风的形成与发展，风速、风向等重要风力特性，风速的测量及估算的方法；

3、查询国内外风电模拟现状，对比常用的风速模型以及尾流模型，选择合适的模型进行建模；

4、基于文中建立的风场模型，运用Matlab软件进行仿真，对风能进行估算。

2  风的形成及特性

2.1  风的形成

风是一种空气相对于地球表面运动的大气运动现象，是由于大气中热力和动力的空间不均匀性所导致的。空气流动形成风能，因为大气运动的垂直分量很小，特别是在近地面附近。因此通常讲的风，是指大气运动的水平分量[3]。风能由太阳能转化而来，太阳辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风[1]。