風の分布のべき乗則

風の分布のべき乗則は、ある高さでの風速と別の高さでの風速の関係です。

風の分布のべき乗則の関係は

${\displaystyle {\frac {u}{u_{r}}}={\bigg (}{\frac {z}{z_{r}}}{\bigg )}^{\alpha }}$

ここで、は高度 （メートル）における風速 （メートル毎秒）であり、 は基準高度 における既知の風速です。指数 （）は、大気の安定性に応じて変化する経験的に導かれた係数です。中立安定条件では、は約 1/7、つまり 0.143 です。 ${\displaystyle u}$${\displaystyle z}$${\displaystyle u_{r}}$${\displaystyle z_{r}}$${\displaystyle \alpha}$${\displaystyle \alpha}$

ある高度zにおける風速を推定するためには、関係式を次のように変形する。

${\displaystyle u=u_{r}{\bigg (}{\frac {z}{z_{r}}}{\bigg )}^{\alpha }}$

α の 1/7 の値は、風力資源評価では一般に一定であると想定されています。これは、2 つのレベル間の差が通常はそれほど大きくなく、推定値に大きな誤差が生じることがないためです (通常は 50 m 未満)。ただし、定数指数を使用する場合、表面の粗さ、障害物の存在による無風の地表からの変位 (ゼロ平面変位)、または大気の安定性が考慮されません。^{[1] [2]}樹木や構造物が地表近くの風を妨げる場所では、定数 1/7 指数を使用するとかなり誤った推定値が得られる可能性があるため、対数風プロファイルが推奨されます。中立的な安定性条件下でも、開放水域 (例: 洋上風力発電所) では指数 0.11 の方が、開放陸地表面により適した 0.143 ^{[3]よりも適切です。}

大気境界層（地表から約 2000 メートルまで）の風のプロファイルは、一般的に対数特性を持ち、地表粗度と大気の安定性を考慮した対数風プロファイル方程式を使用して近似するのが最適です。地表粗度または安定性の情報が利用できない場合、地表電力と風の関係は、対数風特性の代替としてよく使用されます。

べき乗則は風力発電の評価でよく使用されます^{[4] [5]。}風力タービンの高さ（ 50メートル）での風速を地表近くの風の観測値（約10メートル）から推定する必要がある場合や、さまざまな高さでの風速データを使用前に標準の高さに調整する必要がある場合^[6]に使用されます。風のプロファイルは、多くの大気汚染拡散モデルで生成され、使用されます。^[7]${\displaystyle \geq }$

風力発電密度の推定値は、風力階級1から7までで示される。風速は年間を通じての平均風速であるが^[8]、風速の頻度分布によって、同じ平均風速でも異なる発電密度が得られる場合がある。^[9]

• ログ風プロファイル