中國風能資源評估

前言

在應對氣候變化、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家的選擇。目前，風電屬于技術最成熟、價格最有競爭力的可再生能源，國際風能理事會2009年12月14曰在哥本哈根氣候變化大會上表示，風力發(fā)電對于實現(xiàn)碳減排潛力巨大，發(fā)達國家當前減排承諾的相當大一部分單靠風能發(fā)電就能夠實現(xiàn)。據(jù)該理事會測算，到2020年全球風力發(fā)電規(guī)模將達到2600萬億瓦時（Twh），相當于減排15億噸二氧化碳。按照發(fā)達國家目前提出的減排指標，僅相當于2020年在1990年基礎上減排13％～20％。風能單一行業(yè)的減排就相當于發(fā)達國家承諾總體減排量的42％～65％。風電的發(fā)展需要豐富的風能資源作保障，中國風能資源的研究和評估工作始于20世紀70年代，氣象部門和電力部門等相關單位先后對全國范圍或部分風電豐富區(qū)以及風電場建設開展了風能資源的調查、研究和評估。中國氣象局在20世紀80年代組織了兩次全國風能資源普查，分別采用600多個和900多個氣象站觀測資料進行了風能資源儲量及其分布的評估。為了有效利用我國豐富的風能資源，促進我國風電建設的更快發(fā)展，2003年國家發(fā)展和改革委員會與中國氣象局啟動了第三次風能資源普查，利用2000多個氣象站近30年的觀測資料，對原來的風能資源評估結果進行修正和重新計算。自《中華人民共和國可再生能源法》實施以來，中國可再生能源進入了快速發(fā)展時期。為適應中國可再生能源快速發(fā)展對風能和太陽能資源監(jiān)測、評估和預報的需要，中國氣象局成立了風能太陽能資源評估中心，旨在根據(jù)《氣象法》賦予的職責，進行風能、太陽能等氣候資源評估，逐步建成我國風能、太陽能等氣候資源開發(fā)利用服務的權威性評估中心。20世紀90年代開始，風能資源數(shù)值模擬評估技術迅速發(fā)展，逐漸替代了基于氣象站觀測資料的風能資源統(tǒng)計分析方法，90年代中后期，以丹麥和美國為代表的歐美國家紛紛制作出了全國風能資源數(shù)值模擬分布圖。2005年中國氣象局引進了加拿大氣象局的風能資源數(shù)值模擬軟件（WEST），經過消化、移植和本地化改進，于2007年制作出了第一張中國風能資源數(shù)值模擬分布圖。2009年中國氣象局風能太陽能資源評估中心在汲取加拿大、丹麥和美國風能資源數(shù)值模擬技術方法優(yōu)勢的基礎上，自主發(fā)展了中國氣象局風能資源數(shù)值模擬評估系統(tǒng)（WERAS，／CMA），該系統(tǒng)包括歷史氣象背景資料的自動篩選、中尺度模式與小尺度復雜地形動力診斷模式以及GIS空間分析，既包含了目前國際上先進的風能資源評估技術，也為適應中國地形與氣候特點進行了自主創(chuàng)新。中國氣象局風能太陽能資源評估中心通過對我國陸上和近海5km×5km水平分辨率的風能資源數(shù)值模擬評估得到，我國陸上離地面50m高度可供建設并網型風電場（達到3級及以上，即風功率密度≥300W／m。）的風能資源潛在開發(fā)量約23.8億kw，我國近海水深5～25m的區(qū)域、海平面以上50m高度風能資源達到3級及以上潛在開發(fā)量約2億kw。該成果是在我國現(xiàn)有技術條件下能夠取得的具有科學性的數(shù)值模擬評估結果，為我國進一步開展風能資源詳查和評價工作提供了科學支撐。中國風能資源儲量評估成果已被中國科學院、中國工程院、美國科學院、美國工程院合作咨詢項目“中美可再生能源開發(fā)利用咨詢報告”和中國工程院“中國能源中長期（2030、2050）發(fā)展戰(zhàn)略研究”項目所采用。

內容概要

　　《中國風能資源評估（2009）》收錄了中國氣象局風能太陽能資源評估中心自2004年以來的風能資源評估成果。《中國風能資源評估（2009）》共分6章，涵蓋以下內容：中國風能資源評估歷史回顧及國外風能資源評估進展、中國風能資源評估技術方法、中國陸地及近海風能資源儲量的評估、七個千萬千瓦級風電基地風能資源精細化評估、中國近海風能資源初步評估和中國風能資源評估展望。　　《中國風能資源評估（2009）》可供從事風力發(fā)電和氣候資源領域的技術人員閱讀，可供應用氣象和可再生能源專業(yè)領域的科研和教學人員參考，也可作為相關專業(yè)博士、碩士研究生的學習參考書。

書籍目錄

序前言第1章 中國風能資源評估歷史回顧及國外風能資源評估進展1．1 中國風能資源評估的歷史回顧1．2 國內外風能資源評估技術方法概述第2章 中國風能資源評估技術方法2．1 中國氣象局風能資源數(shù)值模擬評估系統(tǒng)WERAS／CMA2．2 加拿大風能資源數(shù)值模式系統(tǒng)WEST2．3 風能資源儲量的評估方法2．4 測風塔資料分析方法第3章 中國陸地及近海風能資源儲量的評估3．1 中國風能資源數(shù)值模擬與儲量的分析計算3．2 陸地風能資源儲量的GIS空間分析3．3 近海風能資源儲量的評估3．4 中國風能資源儲量評估結論第4章 七個千萬千瓦級風電基地風能資源精細化評估4．1 內蒙古自治區(qū)風能資源評估4．2 新疆維吾爾自治區(qū)哈密地區(qū)千萬千瓦級風電基地風能資源評估4．3 甘肅省酒泉地區(qū)千萬千瓦級風電基地風能資源評估4．4 河北省壩上地區(qū)千萬千瓦級風電基地風能資源評估4．5 吉林省西部地區(qū)風能資源評估4．6 江蘇省風能資源評估4．7 七個千萬千瓦級風電基地風能資源評估結論第5章 中國近海風能資源初步評估5．1 中國近海風能資源的高分辨率的數(shù)值模擬5．2 基于船舶氣象觀測資料的近海風能資源分布5．3 基于Quik SCAT衛(wèi)星反演技術的風能資源評估第6章 中國風能資源評估展望6．1 風能資源評估的標準與技術規(guī)范6．2 風電場設計中風能資源利用的技術方法開發(fā)6．3 風電場建設的氣象災害風險評估6．4 風能資源長期變化趨勢研究6．5 風能開發(fā)利用的局地氣候影響評估參考文獻附圖1 內蒙古自治區(qū)50m高度年平均風功率密度分布圖附圖2 內蒙古自治區(qū)3級及其以上風能資源潛在開發(fā)量分布圖附圖3 甘肅省酒泉地區(qū)50m高度年平均風功率密度分布圖附圖4 河北省壩上地區(qū)50m高度年平均風功率密度分布圖附圖5 河北省壩上地區(qū)3級及以上風能資源潛在開發(fā)量分布圖附圖6 吉林省西部地區(qū)50n1高度年平均風功率密度分布圖

章節(jié)摘錄

插圖：風能資源數(shù)值模擬的關鍵是如何通過對有限個例或短期的數(shù)值模擬得到長年代（20年或30年）風能資源的氣候平均分布。20世紀90年代，風能資源數(shù)值模擬技術得到快速發(fā)展，各國采用的中、小尺度數(shù)值模式技術本身差異不大，關鍵技術是如何從歷史資料中選取有代表性的、可用于數(shù)值模擬的個例樣本。目前國際上兩個主流的風能資源數(shù)值模擬技術方法分別是丹麥Risoe國家實驗室的風型分類法和美國NREL的隨機抽樣法。近年來，中國氣象局風能太陽能資源評估中心在大氣邊界層理論研究與工程應用工作的基礎上，根據(jù)我國的天氣氣候特點，綜合吸取丹麥和美國的數(shù)值模擬技術優(yōu)勢，建立了中國氣象局風能資源數(shù)值模擬評估系統(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)值預報模式和風能資源GIS空間分析系統(tǒng)。2.1.1WERAS／CMA數(shù)值模擬方法丹麥Risoe國家實驗室的風能資源數(shù)值模擬方法是先分別計算各類風型中的觀測資料的平均值，作為各類風型數(shù)值模擬的初始場驅動數(shù)值模式，這種虛擬的初始場勢必影響模擬結果的準確度。并且丹麥Risoe的中尺度模式只運行幾個小時，也就是將中尺度模式作為診斷模式用，這也造成模擬風場與實際風場分布有較大差距。美國NREL的則是采取隨機抽樣的方式獲取數(shù)值模擬個例，雖然是用真實氣象場驅動模式運行，但是如何確定抽取個例的數(shù)量是一個難題，抽取出來的個例能否代表長年代的氣候特征也很難定論。中國氣象局風能太陽能資源評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，在大氣邊界層動力學和熱力學基礎上，考慮到近地層風速分布是天氣系統(tǒng)與局地地形作用的結果，風速分布的變化是由天氣系統(tǒng)運動與變化引起的。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)的性質有關。因此，依據(jù)不受局地地形摩擦影響高度上（850hPa或700hPa）的風向、風速和每日最大混合層高度，將評估區(qū)歷史上出現(xiàn)過的天氣進行分類，然后從各天氣類型中隨機抽取5％的樣本作為數(shù)值模擬的典型日，之后分別對每個典型日進行數(shù)值模擬，并逐時輸出；最后根據(jù)各類天氣型出現(xiàn)的頻率，統(tǒng)計分析得到風能資源的氣候平均分布（圖2.1）。在進行天氣背景分類與典型日篩選時，利用模擬區(qū)域內各個氣象站近20～30年地面氣象站和探空站歷史資料，以風速、風向、日最大混合層高度三個要素進行分類，其中將風速、風向分為8檔，采用每日08時探空觀測和14時的地面觀測資料計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。經過在每個類型中抽取5％作為典型日和模擬結果逐小時輸出后，每個網格點上都會得到l萬以上個時次的風速，因此有足夠的樣本數(shù)進行風能參數(shù)的統(tǒng)計分析。

編輯推薦

《中國風能資源評估(2009)》是由氣象出版社出版的。

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