国内外风力发电新技术与风电政策设计

国内外风力发电新技术与风电政策设计内容摘要：

区。 雅鲁藏布江河谷，也是由于喜马拉雅山脉和冈底斯山的屏障，风能很小，不值得利用。 ② 海拔高度对风能的影响。 由于地面摩擦消耗运动气流的能量，在山地风速是随着海拔高度增加而增加的。 事实上，在复杂山地，很难分清地形和海拔高度的影响，二者往往交织在一起，如北京和八达岭风力发电试验站同时观测的平均风速分别 ，相差。 后者风大，一是由于它位于燕山山脉的一个南北向的低地，二是由于它海拔比北京高 500 多米，是二者共同作用的结果。 青藏高原海拔在 4000m 以上，所以这里的风速比周围大，但其有效风能密度却较小，在 150W/m2左右。 这是由于青藏高原海拔高，但空气密度较小，因此风能也小，如在 4000m的空气密度大致为地面的 67%。 也就是说，同样是 8m/s 的风速 ，在平地海拔 500m以下为 ，而在 4000m只有。 ③ 中小地形的影响。 蔽风地形风速减小，狭管地形风速增大。 即使在平原上的河谷，风能也较周围地区大。 海峡也是一种狭管地形，与盛行风方向一致时，风速较大，如台湾海峡中的澎湖列岛，年平均风速为。 局地风对风能的影响是不可低估的。 在一个小山丘前，气流受阻，强迫抬升，所以在山顶流线密集，风速加强。 山的背风面，由于流线辐散，风速减小。 有时气流过一个障碍，如小山包等，其产生的影响在下方 5~10km 的范围。 有些地层 风是由于地面粗糙度的变化形成的。 我国风能资源分布有以下特点。 （ 1）季节性的变化 我国位于亚洲大陆东部，濒临太平洋，季风强盛，内陆还有许多山系，地形复杂，加之青藏高原耸立我国西部，改变了海陆影响所引起的气压分布和大气环流，增加了我国季风的复杂性。 冬季风来自西伯利亚和蒙古等中高纬度的内陆，那里空气十分严寒干燥，冷空气积累到一定程度，在有利高空环流引导下，就会爆发南下，俗称寒潮，在此频频南下的强冷空气控制和影响下，形成寒冷干燥的西北风侵袭我国北方各省（ 直辖市、自治区）。 每年冬季总有多次大幅度降温的强冷空气南下，主要影响我国西北、东北和华北，直到次年春夏之交才会消失。 夏季风是来自太平洋的东南风、印度洋和南海的西南风，东南季风影响遍及我国东半部，西南季风则影响西南各省和南部沿海，但风速远不及东南季风大。 热带风暴是太平洋西部和南海热带海洋上形成的空气涡旋，是破坏力极大的海洋风暴，每年夏秋两季频繁侵袭我国，登陆我国南海之滨和东南沿海，热带风暴也能在上海以北登陆，但次数很少。 （ 2）地域性的变化 中国地域辽阔，风能资源比较丰富。 特别是东南沿海及其附近岛屿，不仅风能密 度大，年平均风速也高，发展风能利用的潜力很大。 在内陆地区，从东北、内蒙古，到甘肃走廊及新疆一带的广阔地区，风能资源也很好。 华北和青藏高原有些地方也能利用风能。 东南沿海的风能密度一般在 200W/m2，有些岛屿达 300W/m2以上，年平均风速 7m/s 左右，全年有效风时 6000 多小时。 内蒙古和西北地区的风能密度也在 150~200W/m2，年平均风速 6m/s 左右，全年有效风时 5000~6000h。 青藏高原的北部和中部，风能密度也有 150W/m2，全年 3m/s 以上风速出现时间 5000h 以上，有的可达 6500h。 青藏高原地势高亢开阔，冬季东南部盛行偏南风，东北部多为东北风，其他地区一般为偏西风，冬季大约以唐古拉山为界，以南盛行东南风，以北为东至东南风。 我国幅员辽阔，陆疆总长达 2 万多公里，还有 18000 多公里的海岸线，边缘海中有岛屿 5000 多个，风能资源丰富。 我国现有风电场场址的年平均风速均达到 6m/s 以上。 一般认为，可将风电场分为三类：年平均风速 6m/s 以上时为较好； 7m/s 以上为好； 8m/s 以上为很好。 可按风速频率曲线和机组功率曲线，估算标准大气状态下该机组的年发电量。 我国相当于 6m/s 以上的 地区，在全国范围内仅仅限于较少数几个地带。 就内陆而言，大约仅占全国总面积的 1/100，主要分布在长江到南澳岛之间的东南沿海及其岛屿，这些地区是我国最大的风能资源区以及风能资源丰富区，包括山东、辽东半岛、黄海之 滨，南澳岛以西的南海沿海、海南岛和南海诸岛，内蒙古从阴山山脉以北到大兴安岭以北，新疆达坂城，阿拉山口，河西走廊，松花江下游，张家口北部等地区以及分布各地的高山山口和山顶。 中国沿海水深在 2~10m的海域面积很大，而且风能资源好，靠近我国东部主要用电负荷区域，适宜建设海上风电场。 我国风能丰富 的地区主要分布在西北、华北和东北的草原或戈壁，以及东部和东南沿海及岛屿，这些地区一般都缺少煤炭等常规能源。 在时间上，冬春季风大、降雨量少，夏季风小、降雨量大，与水电的枯水期和丰水期有较好的互补性（见表 31）。 风能分布具有明显的地域性的规律，这种规律反映了大型天 气系统的活动和地形作用的综合影响。 而划分风能区划的目的，是为了了解各地风能资源的差异，以便合理地开发利用。 （ 1）区划标准 第一级区划选用能反映风能资源多寡的指标，即利用年有效风能密度和年风速大等于 3m/s 风的年累积小时数的多少将全国分为 4 个区，如表 32 所示。 第二级区划指标，选 用一年四季中各季风能大小和有效风速出现的小时数。 第三级区划指标，采用风力机安全风速，即抗大风的能力，一般取 30 年一遇。 一般，按照一级指标划分，就可以粗略地了解风能区划的大的分布趋势。 （ 2）中国风能分区及各区气候特征 按表 32 的指标将全国划分为 4 个区（见图 32）。 ① 风能丰富区 、山东半岛和辽东半岛沿海区。 这一地区由于面临海洋，风力较大，愈向内陆，风速愈小。 在我国，除了高山气象站 ———长白山、天池、五台山、贺兰山等外，全国气象站风速 ≥7m/s的地方，都集中在东南沿海。 平潭年平均风速为 ，是全国平地上最大的。 该区有效风能密度在 200W/m2以上，海岛上可达 300W/m2以上，其中平潭最大。 风速≥3m/s的小时数全年有 6000 以上，风速 ≥6m/s的小时数在 3500h 以上。 而平潭分别可达 7939h 和 6395h。 也就是说，风速 ≥3m/s 的风每天平 均有。 这里的风能潜力是十分可观的。 这一区，风能大的原因，主要是由于海面比起伏不平的陆地表面摩擦阻力小。 在气压梯度力相同的条件下，海面上风速比陆地要大。 风能的季节分配，山东、辽东半岛春季最大，冬季次之，这里 30 年一遇 10min 平均最大风速为 35~40m/s，瞬时风速可达 50~60m/s，为全国最大风速的最大区域。 而东南沿海、台湾及南海诸岛都是秋季风能最大，冬季次之，这与秋季台风活动频繁有关。 本区是内陆风能资源最好的区域，年平均风能密度在 200W/m以上，个别地区可达 300W/m2。 风速 ≥3m/s 的时间 1 年有 5000~6000h，风速 ≥6m/s的时间 1年在 3000h 以上，个别地区在 4000h 以上。 本区地面受蒙古高压控制，每次冷空气南下都可造成较强风力，而且地面平坦，风速梯度较小，春季风能最大，冬季次之。 30 年一遇 10min 平均最大风速可达 30~35m/s，瞬时风速为 45~50m/s，本区地域远较沿海为广。 本区风能密度在 200W/m2以上，风速 ≥3m/s 的时间有 5000h，每年风速≥（ 6~20） m/s 的时间在 3000h 以上。 本区的大风多数是由东北低 压造成的。 东北低压春季最易发展，秋季次之，所以春季风力最大，秋季次之。 同时，这一地区又处于峡谷中，北为小兴安岭，南有长白山，这一区正好在喇叭口处，风速加大。 30 年一遇 10min 平均最大风速 25~30m/s，瞬时风速为 40~50m/s。 ② 风能较丰富区。 从汕头沿海岸向北，沿东南沿海经江苏、山东、辽宁沿海到东北丹东。 实际上是丰富区向内陆的扩展。 这一区的风能密度为 150~200W/s2，风速 ≥3m/s 的时间有 4000~5000h，风速 ≥6m/s 的有 2020~3500h。 长江口以南，大致秋季风能大，冬季次之；长江口以北，大致春季风能大，冬季次之。 30 年一遇 10min 平均最大风速为 30m/s 左右，瞬时风速为 45~50m/s。 b. 三北的南部区。 从东北图们江口区向西，沿燕山北麓经河套穿河西走廊，过天山到新疆阿拉山口南，横穿三北中北部。 这一区的风能密度为 150~200W/s2，风速 ≥3m/s 的时间有4000~4500h。 这一区的东部也是丰富区向南向东扩展的地区。 在西部北疆是冷空气的通道，风速较大也形成了风能较丰富区。 30 年一遇 10min 平均最大风速为 30~32m/s， 瞬时风速为 45~50m/s。 c. 青藏高原区。 本区的风能密度在 150W/m2以上，个别地区可达 180W/m2。 而 3~20m/s的风速出现时间却比较多，一般在 5000h 以上。 所以，若不考虑风能密度，仅以风速 ≥3m/s 出现时间来进行区划，那么该地区应为风能丰富区。 但是，由于这里海拔在 30005000m以上，空气密度较小。 在风速相同的情况下，这里风能较海拔低的地区为小，若风速同样是 8m/s，上海的风能密度为 ，而呼和浩特为 ，两地高度相差 1000m，风能密度则相差 10%。 因此，计算青藏高原的风能时，必须考虑空气密度的影响，否则计算值会大大地偏高。 青藏高原海拔较高，离高空西风带较近，春季随着地面增热，对流加强，上下冷热空气交换，使西风急流动量下传，风力变大，故这一区地春季风能最大，夏季次之。 这是由于此区里夏季转为东风急流控制，西南季风爆发，雨季来临，但由于热力作用强大，对流活动频繁且旺盛，所以风力也较大。 30 年一遇 10min 平均最大风速为 30m/s，虽然这里极端风速可达 11~12 级，但由于空气密度小，风压却只能相当于平原的 10 级。 ③ 风能可利用区 a. 两广沿海 区。 这一区在南岭以南，包括福建海岸向内陆 50~100km 的地带。 风能密度为50~100W/m2，每年风速 ≥3m/s 的时间为 2020~4000h，基本上从东向西逐渐减小。 本区位于大陆的南端，但冬季仍有强大冷空气南下，其冷风可越过本区到达南海，使本区风力增大。 所以，本区的冬季风力最大；秋季受台风的影响，风力次之。 由广东沿海的阳江以西沿海，包括雷州半岛，春季风能最大。 这是由于冷空气在春季被南岭山地阻挡，一股股冷空气沿漓江河谷南下，使这一地区的春季风力变大。 秋季，台风对这里虽有影响，但台风西行路径仅占所有台风的 .75，台风影响不如冬季冷空气影响的次数多，故本区的冬季风能较秋季为大。 30 年一遇 10min 平均风速可达 37m/s，瞬时风速可达 58m/s。 、小兴安岭山地区。 大小兴安岭山地的风能密度在 100W/m2左右，每年风速 ≥3m/s 的时间为 3000~4000h。 冷空气只有偏北时才能影响到这里，本区的风力主要受东北低压影响较大，故春、秋季风能大。 30 年一遇最大 10min 平均风速为 30~32m/s，瞬时风速可达 45~50m/s。 东北长白山开始向西过华北平原，经西北到中国最西端，贯穿中国 东西的广大地区。 由于本区有风能欠缺区（即以四川为中心）在中间隔开，这一区的形状与希腊字母 “Л”很相像，它约占全国面积 50%。 在 “Л”字形的前一半，包括西北各省的一部分、川西和青藏高原的东部和南部。 风能密度为 100~150W/m2，一年风速 ≥3m/s 的时间有 4000h 左右。 这一区春季风能最大，夏季次之。 “丌 ”字形的后一半分布在黄河和长江中下游。 这一地区风力主要是冷空气南下造成的，每当冷空气过境，风速明显加大，所以这一地区的春、冬季节风能大。 由于冷空气南移的过程中，地面气温较高，冷空气很快变性分裂，很少有明显 的冷空气到达长江以南。 但这时台风活跃，所以这里秋季风能相对较大，春季次之。 30 年一遇最大 10min 平均风速为 25m/s 左右，瞬时风速可达 40m/s。 ④ 风能贫乏区。 本区以四川为中心，西为青藏高原，北为秦岭，南为大娄山，东面为巫山和武陵山等。 这一地区冬半年处于高空西风带 “死水区 ”内，西周的高山，使冷空气很难入侵。 夏半年台风也很难影响到这里，所以，这一地区为全国最小风能区，风能密度 50W/m2 以下。 成都仅为 35W/m2左右。 风速 ≥3m/s 的时间在 2020h 以下，成都仅有 400h。 南岭山地风能欠缺，由于春、秋季冷空气南下，受到南岭阻挡，往往停留在这里，冬季弱空气到此也形成南岭准静止风，故风力较小。 南岭北侧受冷空气影响相对比较明显，所以冬、春季风力最大。 南岭南侧多为台风影响，故风力最大的在冬、秋两季。 30 年一遇 10min 平均最大风速 20~25m/s ，瞬时风速可达 30~38m/s。 雅鲁藏布江河谷两侧为高山。 昌都地区，也在横断山脉河谷中。 这两地区由于山脉屏障，冷暖空气都很难侵入，所以风力很小。 有效风能密度在 50W/m2以下，风速 ≥3m/s 的时间在 2020h 以下。 雅鲁藏布江风能是春季最大，冬季次之，而昌都是春季最大，夏季次之。 30 年一遇 10min 平均最大风速 25m/s，瞬时风速为 38m/s。 本区四面亦为高山环抱，冷空气偶尔。