风能密度: 定义为垂直于气流的单位截面上风的功率(Wind Power Density,WPD),计算方法为
[20]:

(1)
式(1)中,
W为风能密度(单位:W/m
2);
V为风速(单位:m/s);

为海表空气密度(单位:kg/m
3)。当海拔在500 m以下时,一般采用常温标准大气压下的空气密度,可取1.225 kg/m
3[11]。
风能可利用率: 定义为风能资源开发的有效风速出现的频率(Effective Wind Speed Occurrence,EWSO)。在风能开发过程中,通常认为风速在5–25 m/s有利于风能资源的采集与转换,并将这个区间的风速定义为有效风速。也有标准将3–25 m/s的风速定义为有效风速。通常海上风能比陆上风能丰富,在此采用较高的标准,将5–25 m/s的风速定义为有效风速。风能可利用率的计算方法如下
[13-14]:

(2)
式(2)中,EWSO为有效风速频率,t1 为有效风速出现的时次,T为总时次。
能级频率: 2011年,郑崇伟等
[21]提出波浪能能级频率(不同等级波浪能流密度出现频率)这一关键指标,用于描述波浪能的富集程度。2012年,参考波浪能能级频率,郑崇伟
[13]提出了风能能级频率这一关键指标,用于描述风能的可利用程度。初期主要是统计了Available Level Occurrence(ALO,100 W/m
2以上能级频率)和Rich Level Occurrence(RLO,200 W/m
2以上能级频率)。在此将风能能级频率这一指标进一步发展和完善,定义了5个能级:ALO、MLO、RLO、ELO、SLO,各缩写对应的全称和定义详见表1。
要素 | 缩写 | 定义 |
---|
Available Level Occurrence | ALO | 100 W/m2以上能级频率 |
Moderate Level Occurrence | MLO | 150 W/m2以上能级频率 |
Rich Level Occurrence | RLO | 200 W/m2以上能级频率 |
Excellent Level Occurrence | ELO | 300 W/m2以上能级频率 |
Superb Level Occurrence | SLO | 400 W/m2以上能级频率 |

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)
式(3)–(7)中,t2 、t3 、t4 、t5 、t6 分别为100、150、200、300、400 W/m2以上风能密度出现的时次,T为总时次。
变异系数 :通常用变异系数(Coefficient of Variation,C
v)来展现资源的月尺度以内的稳定性
[22],C
v数值越小,代表稳定性越好,越有利于风能开发。C
v的计算方法为:

(8)

(9)
式(8)–(9)中,

为变异系数,

为均值,
S为标准差,
n为样本数。
月变化指数: 通过计算风能密度的月变化指数(Monthly Variability Index,Mv)来展现风能资源的月际差异。Mv数值越大,代表月际差异越显著,越不利于风能开发,相反则有利于风能开发。Mv的计算方法如下:

(10)
式(10)中,

为最丰富月份的风能密度,

为最贫乏月份的风能密度,

为多年平均的风能密度。
季节变化指数: 通过计算风能密度的季节变化指数(Seasonal Variability Index,Sv)来展现风能资源的月际差异。Sv数值越大,代表季节差异越是显著,越不利于风能开发,相反则有利于风能开发。Sv的计算方法如下:

(11)
式(11)中,

为最丰富季节的风能密度,

为最贫乏季节的风能密度,

为多年平均的风能密度。
风能资源储量: 资源储量密切关系到发电量,前人对资源储量做了很多研究,但多是笼统给出大范围的总体储量,在此参照Zheng等
[23]的方法,定量计算单位面积的风能资源储量,覆盖总储量、有效储量和技术开发量,具体计算方法:

(12)

(13)

(14)
式(12)中,

为风能的总储量;

是年平均风能密度;H是全年小时数,H = 365d × 24 h = 8760 h。式(13)中,

是资源的有效储量,

是全年中有效风速出现的小时数。式(14)中,

是技术开发量,通常风能的
Ce 取0.785,风力机叶片实际扫掠面积,即对于直径为1 m的风轮扫掠面积为0.5
2×π=0.785 m
2。