近地层大气运动受大气环流、太阳辐射日变化周期及地形阻挡等作用,使近地层风速具有时间变化快且空间分布非常不均匀的自然属性。
因此,可开发利用的风能资源在哪里?风能资源能满足多少社会电力需求?这是国家和地方制定风电发展规划及风电场宏观选址亟待解决的问题。
风能资源评估存在2个关键技术问题:一是如何提高风资源分布图谱的时空分辨率,二是如何快速计算得到 20~30 年的长期平均风速分布及相关风资源统计参数。
中国地形复杂,高原、山地和丘陵占国土总面积的65%,中国风能开发利用很大程度上受到地形条件的制约。因此,在评估中国风能资源技术开发量时,不能简单地采用5 MW/km2 的标准进行估算,这个标准更适用于较平坦的地形。
此外,中国幅员辽阔,跨越高原山地气候、温带大陆性气候、温带季风气候、亚热带季风气候和热带季风气候5 个主要气候带。不同地区由于气候和地形地表特征的差异,形成不同的风能资源时空变化规律,需开展深入的气候学分析加以认识。
国家气候中心朱荣研究员与新疆金风科技股份的科研人员采用长年代时间序列数值模拟结果和测风塔测风数据,对中国风能资源时空分布和变化规律进行气候学分析,并建立可利用风能资源等级的二元划分方法,选择不同风能资源等级所适用的中国主流风电机组参数,分析可利用风能资源分布及其开发潜力,得到结论如下:
(1)80 m 高度上年平均风速大于7 m/s 的风能资源主要分布于青藏高原、蒙古高原、黄土高原和云贵高原,年平均风速低于4.5 m/s 的风能资源贫乏区主要分布在盆地和青藏高原东侧的背风区。较强的冬季风和最为活跃的春季北方气旋活动,形成了“三北地区”春季最丰富的风能资源。平原地区风速切变指数大于沿海,沿海地区的风切变指数大于内陆山区。
(2)中国陆地80、100、120 和140 m 高度上技术开发总量分别为32 亿kW、39 亿kW、46 亿kW 和51 亿kW,其中分别包含低风速资源技术开发量4.9 亿kW、5.0 亿kW、4.6 亿kW和4.1 亿kW;100 m 高度近海水深5~25 m 和25~50 m 海域内风能资源技术开发量分别为2.1 亿kW 和1.9 亿kW;近海离岸距离小于25 km 和25~50 km 海域内风能资源技术开发量分别为1.9 亿kW 和1.7 亿kW。
(3)100 m 高度上风能开发土地可利用率0.6~1.0 的区域面积占全国风能开发可利用总面积的58%,其绝大多数分布在“三北”高原平坦地形上。当高度由100 m 提高到140 m 时,全国非常丰富和丰富等级的风能资源技术开发量增加8 亿kW,其主要分布在内蒙古、甘肃和新疆;中东部平原的低风速资源部分转变为一般等级的风能资源。
随着风能资源评估技术的进步,人们对风能资源储量的认识会越来越准确;随着风能利用技术的进步,越来越多的风能资源可得到开发利用。天气型分类、中尺度数值模拟和GIS 分析相结合的风能资源详查评估技术方法可提高对风能资源的宏观认识。对于风电场微观选址,还需发展从中尺度环流、风电场湍流到风力机尾流的多尺度耦合数值模拟评估方法。
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