中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估

前言

在應(yīng)對(duì)氣候變化、減少溫室氣體排放的措施中，提高能源使用效率與發(fā)展可再生能源已成為眾多國(guó)家的選擇。目前，風(fēng)電屬于技術(shù)最成熟、價(jià)格最有競(jìng)爭(zhēng)力的可再生能源，國(guó)際風(fēng)能理事會(huì)2009年12月14曰在哥本哈根氣候變化大會(huì)上表示，風(fēng)力發(fā)電對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳減排潛力巨大，發(fā)達(dá)國(guó)家當(dāng)前減排承諾的相當(dāng)大一部分單靠風(fēng)能發(fā)電就能夠?qū)崿F(xiàn)。據(jù)該理事會(huì)測(cè)算，到2020年全球風(fēng)力發(fā)電規(guī)模將達(dá)到2600萬(wàn)億瓦時(shí)（Twh），相當(dāng)于減排15億噸二氧化碳。按照發(fā)達(dá)國(guó)家目前提出的減排指標(biāo)，僅相當(dāng)于2020年在1990年基礎(chǔ)上減排13％～20％。風(fēng)能單一行業(yè)的減排就相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家承諾總體減排量的42％～65％。風(fēng)電的發(fā)展需要豐富的風(fēng)能資源作保障，中國(guó)風(fēng)能資源的研究和評(píng)估工作始于20世紀(jì)70年代，氣象部門和電力部門等相關(guān)單位先后對(duì)全國(guó)范圍或部分風(fēng)電豐富區(qū)以及風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)開(kāi)展了風(fēng)能資源的調(diào)查、研究和評(píng)估。中國(guó)氣象局在20世紀(jì)80年代組織了兩次全國(guó)風(fēng)能資源普查，分別采用600多個(gè)和900多個(gè)氣象站觀測(cè)資料進(jìn)行了風(fēng)能資源儲(chǔ)量及其分布的評(píng)估。為了有效利用我國(guó)豐富的風(fēng)能資源，促進(jìn)我國(guó)風(fēng)電建設(shè)的更快發(fā)展，2003年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)與中國(guó)氣象局啟動(dòng)了第三次風(fēng)能資源普查，利用2000多個(gè)氣象站近30年的觀測(cè)資料，對(duì)原來(lái)的風(fēng)能資源評(píng)估結(jié)果進(jìn)行修正和重新計(jì)算。自《中華人民共和國(guó)可再生能源法》實(shí)施以來(lái)，中國(guó)可再生能源進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。為適應(yīng)中國(guó)可再生能源快速發(fā)展對(duì)風(fēng)能和太陽(yáng)能資源監(jiān)測(cè)、評(píng)估和預(yù)報(bào)的需要，中國(guó)氣象局成立了風(fēng)能太陽(yáng)能資源評(píng)估中心，旨在根據(jù)《氣象法》賦予的職責(zé)，進(jìn)行風(fēng)能、太陽(yáng)能等氣候資源評(píng)估，逐步建成我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能等氣候資源開(kāi)發(fā)利用服務(wù)的權(quán)威性評(píng)估中心。20世紀(jì)90年代開(kāi)始，風(fēng)能資源數(shù)值模擬評(píng)估技術(shù)迅速發(fā)展，逐漸替代了基于氣象站觀測(cè)資料的風(fēng)能資源統(tǒng)計(jì)分析方法，90年代中后期，以丹麥和美國(guó)為代表的歐美國(guó)家紛紛制作出了全國(guó)風(fēng)能資源數(shù)值模擬分布圖。2005年中國(guó)氣象局引進(jìn)了加拿大氣象局的風(fēng)能資源數(shù)值模擬軟件（WEST），經(jīng)過(guò)消化、移植和本地化改進(jìn)，于2007年制作出了第一張中國(guó)風(fēng)能資源數(shù)值模擬分布圖。2009年中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能資源評(píng)估中心在汲取加拿大、丹麥和美國(guó)風(fēng)能資源數(shù)值模擬技術(shù)方法優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，自主發(fā)展了中國(guó)氣象局風(fēng)能資源數(shù)值模擬評(píng)估系統(tǒng)（WERAS，／CMA），該系統(tǒng)包括歷史氣象背景資料的自動(dòng)篩選、中尺度模式與小尺度復(fù)雜地形動(dòng)力診斷模式以及GIS空間分析，既包含了目前國(guó)際上先進(jìn)的風(fēng)能資源評(píng)估技術(shù)，也為適應(yīng)中國(guó)地形與氣候特點(diǎn)進(jìn)行了自主創(chuàng)新。中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能資源評(píng)估中心通過(guò)對(duì)我國(guó)陸上和近海5km×5km水平分辨率的風(fēng)能資源數(shù)值模擬評(píng)估得到，我國(guó)陸上離地面50m高度可供建設(shè)并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)（達(dá)到3級(jí)及以上，即風(fēng)功率密度≥300W／m。）的風(fēng)能資源潛在開(kāi)發(fā)量約23.8億kw，我國(guó)近海水深5～25m的區(qū)域、海平面以上50m高度風(fēng)能資源達(dá)到3級(jí)及以上潛在開(kāi)發(fā)量約2億kw。該成果是在我國(guó)現(xiàn)有技術(shù)條件下能夠取得的具有科學(xué)性的數(shù)值模擬評(píng)估結(jié)果，為我國(guó)進(jìn)一步開(kāi)展風(fēng)能資源詳查和評(píng)價(jià)工作提供了科學(xué)支撐。中國(guó)風(fēng)能資源儲(chǔ)量評(píng)估成果已被中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院、美國(guó)科學(xué)院、美國(guó)工程院合作咨詢項(xiàng)目“中美可再生能源開(kāi)發(fā)利用咨詢報(bào)告”和中國(guó)工程院“中國(guó)能源中長(zhǎng)期（2030、2050）發(fā)展戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目所采用。

內(nèi)容概要

　　《中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估（2009）》收錄了中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能資源評(píng)估中心自2004年以來(lái)的風(fēng)能資源評(píng)估成果?！吨袊?guó)風(fēng)能資源評(píng)估（2009）》共分6章，涵蓋以下內(nèi)容：中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估歷史回顧及國(guó)外風(fēng)能資源評(píng)估進(jìn)展、中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估技術(shù)方法、中國(guó)陸地及近海風(fēng)能資源儲(chǔ)量的評(píng)估、七個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地風(fēng)能資源精細(xì)化評(píng)估、中國(guó)近海風(fēng)能資源初步評(píng)估和中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估展望?！　　吨袊?guó)風(fēng)能資源評(píng)估（2009）》可供從事風(fēng)力發(fā)電和氣候資源領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀，可供應(yīng)用氣象和可再生能源專業(yè)領(lǐng)域的科研和教學(xué)人員參考，也可作為相關(guān)專業(yè)博士、碩士研究生的學(xué)習(xí)參考書。

書籍目錄

序前言第1章 中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估歷史回顧及國(guó)外風(fēng)能資源評(píng)估進(jìn)展1．1 中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估的歷史回顧1．2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)能資源評(píng)估技術(shù)方法概述第2章 中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估技術(shù)方法2．1 中國(guó)氣象局風(fēng)能資源數(shù)值模擬評(píng)估系統(tǒng)WERAS／CMA2．2 加拿大風(fēng)能資源數(shù)值模式系統(tǒng)WEST2．3 風(fēng)能資源儲(chǔ)量的評(píng)估方法2．4 測(cè)風(fēng)塔資料分析方法第3章 中國(guó)陸地及近海風(fēng)能資源儲(chǔ)量的評(píng)估3．1 中國(guó)風(fēng)能資源數(shù)值模擬與儲(chǔ)量的分析計(jì)算3．2 陸地風(fēng)能資源儲(chǔ)量的GIS空間分析3．3 近海風(fēng)能資源儲(chǔ)量的評(píng)估3．4 中國(guó)風(fēng)能資源儲(chǔ)量評(píng)估結(jié)論第4章 七個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地風(fēng)能資源精細(xì)化評(píng)估4．1 內(nèi)蒙古自治區(qū)風(fēng)能資源評(píng)估4．2 新疆維吾爾自治區(qū)哈密地區(qū)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地風(fēng)能資源評(píng)估4．3 甘肅省酒泉地區(qū)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地風(fēng)能資源評(píng)估4．4 河北省壩上地區(qū)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地風(fēng)能資源評(píng)估4．5 吉林省西部地區(qū)風(fēng)能資源評(píng)估4．6 江蘇省風(fēng)能資源評(píng)估4．7 七個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地風(fēng)能資源評(píng)估結(jié)論第5章 中國(guó)近海風(fēng)能資源初步評(píng)估5．1 中國(guó)近海風(fēng)能資源的高分辨率的數(shù)值模擬5．2 基于船舶氣象觀測(cè)資料的近海風(fēng)能資源分布5．3 基于Quik SCAT衛(wèi)星反演技術(shù)的風(fēng)能資源評(píng)估第6章 中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估展望6．1 風(fēng)能資源評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范6．2 風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)中風(fēng)能資源利用的技術(shù)方法開(kāi)發(fā)6．3 風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估6．4 風(fēng)能資源長(zhǎng)期變化趨勢(shì)研究6．5 風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用的局地氣候影響評(píng)估參考文獻(xiàn)附圖1 內(nèi)蒙古自治區(qū)50m高度年平均風(fēng)功率密度分布圖附圖2 內(nèi)蒙古自治區(qū)3級(jí)及其以上風(fēng)能資源潛在開(kāi)發(fā)量分布圖附圖3 甘肅省酒泉地區(qū)50m高度年平均風(fēng)功率密度分布圖附圖4 河北省壩上地區(qū)50m高度年平均風(fēng)功率密度分布圖附圖5 河北省壩上地區(qū)3級(jí)及以上風(fēng)能資源潛在開(kāi)發(fā)量分布圖附圖6 吉林省西部地區(qū)50n1高度年平均風(fēng)功率密度分布圖

章節(jié)摘錄

插圖：風(fēng)能資源數(shù)值模擬的關(guān)鍵是如何通過(guò)對(duì)有限個(gè)例或短期的數(shù)值模擬得到長(zhǎng)年代（20年或30年）風(fēng)能資源的氣候平均分布。20世紀(jì)90年代，風(fēng)能資源數(shù)值模擬技術(shù)得到快速發(fā)展，各國(guó)采用的中、小尺度數(shù)值模式技術(shù)本身差異不大，關(guān)鍵技術(shù)是如何從歷史資料中選取有代表性的、可用于數(shù)值模擬的個(gè)例樣本。目前國(guó)際上兩個(gè)主流的風(fēng)能資源數(shù)值模擬技術(shù)方法分別是丹麥Risoe國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)型分類法和美國(guó)NREL的隨機(jī)抽樣法。近年來(lái)，中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能資源評(píng)估中心在大氣邊界層理論研究與工程應(yīng)用工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國(guó)的天氣氣候特點(diǎn)，綜合吸取丹麥和美國(guó)的數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建立了中國(guó)氣象局風(fēng)能資源數(shù)值模擬評(píng)估系統(tǒng)WERAS／CMA。該系統(tǒng)包括天氣背景分類與典型日篩選系統(tǒng)，中尺度和小尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式和風(fēng)能資源GIS空間分析系統(tǒng)。2.1.1WERAS／CMA數(shù)值模擬方法丹麥Risoe國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)能資源數(shù)值模擬方法是先分別計(jì)算各類風(fēng)型中的觀測(cè)資料的平均值，作為各類風(fēng)型數(shù)值模擬的初始場(chǎng)驅(qū)動(dòng)數(shù)值模式，這種虛擬的初始場(chǎng)勢(shì)必影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確度。并且丹麥Risoe的中尺度模式只運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)，也就是將中尺度模式作為診斷模式用，這也造成模擬風(fēng)場(chǎng)與實(shí)際風(fēng)場(chǎng)分布有較大差距。美國(guó)NREL的則是采取隨機(jī)抽樣的方式獲取數(shù)值模擬個(gè)例，雖然是用真實(shí)氣象場(chǎng)驅(qū)動(dòng)模式運(yùn)行，但是如何確定抽取個(gè)例的數(shù)量是一個(gè)難題，抽取出來(lái)的個(gè)例能否代表長(zhǎng)年代的氣候特征也很難定論。中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能資源評(píng)估中心建立的天氣背景分類與典型日篩選系統(tǒng)的基本思路是，在大氣邊界層動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)基礎(chǔ)上，考慮到近地層風(fēng)速分布是天氣系統(tǒng)與局地地形作用的結(jié)果，風(fēng)速分布的變化是由天氣系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)與變化引起的。此外，大氣邊界層存在著明顯的日變化，日最大混合層厚度與天氣系統(tǒng)的性質(zhì)有關(guān)。因此，依據(jù)不受局地地形摩擦影響高度上（850hPa或700hPa）的風(fēng)向、風(fēng)速和每日最大混合層高度，將評(píng)估區(qū)歷史上出現(xiàn)過(guò)的天氣進(jìn)行分類，然后從各天氣類型中隨機(jī)抽取5％的樣本作為數(shù)值模擬的典型日，之后分別對(duì)每個(gè)典型日進(jìn)行數(shù)值模擬，并逐時(shí)輸出；最后根據(jù)各類天氣型出現(xiàn)的頻率，統(tǒng)計(jì)分析得到風(fēng)能資源的氣候平均分布（圖2.1）。在進(jìn)行天氣背景分類與典型日篩選時(shí)，利用模擬區(qū)域內(nèi)各個(gè)氣象站近20～30年地面氣象站和探空站歷史資料，以風(fēng)速、風(fēng)向、日最大混合層高度三個(gè)要素進(jìn)行分類，其中將風(fēng)速、風(fēng)向分為8檔，采用每日08時(shí)探空觀測(cè)和14時(shí)的地面觀測(cè)資料計(jì)算日最大混合層高度，并將其分為4檔，最多可得到256類天氣類型。經(jīng)過(guò)在每個(gè)類型中抽取5％作為典型日和模擬結(jié)果逐小時(shí)輸出后，每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上都會(huì)得到l萬(wàn)以上個(gè)時(shí)次的風(fēng)速，因此有足夠的樣本數(shù)進(jìn)行風(fēng)能參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析。

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《中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估(2009)》是由氣象出版社出版的。

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