淺談氣象能源的開發與利用

胡敏哲 蘭州資源環境職業技術學院

淺談氣象能源的開發與利用

胡敏哲 蘭州資源環境職業技術學院

本文主要討論氣象能源的特點以及利用氣象學手段研究和開發氣象能源，指出開發氣象能源的重要性，說明氣象部門在氣象能源的研究上須在資源評估、預報保障、災害風險防御三個方面繼續努力并發布相關氣象信息服務以實現同其它部門、單位的資源共享。

世界能源現狀;氣象能源;氣象學研究氣象能源的方法;氣象信息發布

能源發展問題始終與國際政治、安全和經濟形勢密切相關。進入21世紀以來經濟全球化給世界各國既帶來了更均衡合理分配地球上能源資源的機遇，也使國際關系在能源方面面臨著許多問題和挑戰。

1.世界能源的現狀及趨勢

1.1 能源的需求現狀

目前能源的總需求仍然以化石燃料為代表的常規能源(石油、天然氣和煤炭)為主，可再生能源、核能等新能源并存的多樣化能源格局。據有關部門統計，今后10～25年常規能源消耗將保持在總的能源消耗的80%左右。石油依然是重要的能源，將保證全球能源需求的約40%。其后是天然氣(28%)、煤炭(20%)、可再生能源(7%)和核能(5%)。2004年世界能源消耗構成中常規能源占87.7%，具體見表1。

表1 2004年世界能源構成統計表

1.2 世界能源問題

1.2.1 能源分布不均引發國際爭端

以常規能源中所占比重最大的石油來說，在空間分布上極不均衡。從東西半球看，主要集中于東半球（占總量的3/4）；從南北半球看，主要集中在北半球；從緯度上看，主要集中在兩大緯度帶。第一個集中緯度帶，北緯20～40度，擁有世界最大的波斯灣、墨西哥灣和北非產油區，產油量占全球產油量的51.3%。第二個集中緯度帶，北緯50～70度，擁有世界著名的北海產油區、伏爾加及西伯利亞產油區和阿拉斯加灣產油區。根據2004年BP世界能源統計，截止到2003年年底，全世界剩余石油探明可采儲量為1565.8億噸。全球七大產油區依次為：中東（63.3%）、俄羅斯/獨聯體、北美（5.5%）、亞太、南美（8.9%）、非洲（8.9%）和歐洲（9.2%）。其中，中東地區以160.8億噸的儲量位居榜首。

全球石油分布不均導致三次石油危機，（1）由于第四次中東戰爭爆發導致第一次危機（1973年10月）；（2）由于伊朗政局變化（伊朗親美的溫和派國王巴列維下臺）加上兩伊戰爭導致第二次危機（1978年底）；（3）由于伊拉克攻占科威特以后導致第三次危機（1990年8月初）。三次石油危機對世界經濟造成了嚴重的沖擊，所有工業化國家的經濟增長在石油危機中都明顯放慢。

1.2.2 常規能源日趨枯竭引發經濟衰退

由于石油、煤炭等目前大量使用的傳統化石能源枯竭，同時新的能源生產供應體系又未能建立而在交通運輸、金融業、工商業等方面造成的一系列問題統稱能源危機。根據經濟學家和科學家的普遍估計，到2100年左右，石油資源將會開采殆盡，其價格升到很高，不適于大眾化普及應用的時候，如果新的能源體系尚未建立，能源危機將席卷全球，尤以歐美極大依賴于石油資源的發達國家受害為重。最嚴重的狀態，莫過于工業大幅度萎縮，或甚至因為搶占剩余的石油資源而引發戰爭。

1.2.3 大量使用常規能源引發環境問題

大量使用常規能源，引發嚴重的大氣環境問題，目前全球三大大氣環境問題（全球變暖、酸雨、臭氧空洞），都和大量使用以石油為主的常規能源有關。

2.氣象能源及其特點

2.1 氣象能源的概念

人們將氣象要素直接產生的能源成為氣象能源，主要包括太陽能和風能。

2.2 氣象能源的優越性

2.2.1 它可以作為永久性的能源。太陽至少還可像現在這樣有60億年，可以被人類利用。風能伴隨太陽能而存在。

2.2.2 儲量巨大。太陽每秒鐘要輻射巨大的能量,雖然只有幾十億分之一的能量到達地球的大氣上界,但這個能量約為180×10^12kW,是目前全世界能量消耗的幾萬倍。風能是目前全世界能量消耗的三千倍。

2.2.3 它普遍存在，無需運輸。地球上任何地方都存在氣象能源,因而利用它可以就地取能,不必運輸。

2.2.4 它不污染環境、不破壞生態。氣象能源是一種清潔的、無污染的能源。這在環境污染越來越嚴重的今天,使人們越加重視對氣象能源的研究和利用。

3.借助氣象學手段研究和開發氣象能源

3.1.根據氣象因子對我國太陽能資源進行區劃

我國的太陽能資源進行基本的區劃研究是1980年進行的，當時中國氣象科學研究院、中國科學院能源所、中國農業工程研究院等單位通過對全國700個站點的資料進行計算，并分析各站多年平均日照百分率的年變化曲線，以年變化曲線中的最大值（峰值）出現的月份（季節）作為區劃劃分的一級標準。據此將全國劃分為三個帶：A帶（主峰值出現在秋季9～10月）；B帶（主峰值出現在冬季12～2月）；C帶（主峰值出現在夏季6～8月）。

1982年王炳忠以太陽能資源的年總量為一級區劃指標，日照時數≥6h的天數出現最多和最少的月份分布為二級區劃指標，日間太陽能利用的有利時段為三級區劃指標，對全國太陽能資源進行區劃，見表2。

3.2 根據氣象因子對我國風能資源進行區劃

根據研究我國風能潛力可劃分為四類區域，具體見表2及表3。

表2

表3

我國風能豐富區主要分布在東南沿海、山東、遼寧沿海及其海上島嶼、內蒙古北部及新疆山口風區，松花江平原；風能較豐富區主要分布在青藏高原；風能可利用區主要分布在兩廣及福建沿海，東部沿海平原，東北大小興安嶺及長白山地區，三江平原，華北、西北及青藏高原的東部和南部地區；風能貧乏區主要分布在以四川為中心向四周擴展的地區，雅魯贊布江河谷，塔里木盆地。

4.要使氣象能源成為人類利用的主要能源還需很大的努力

4.1.氣象能源利用上困難較大

首先，氣象能源的總能量雖然巨大，但是集中，能量往往在一個時間段、在一個地區幾種釋放，而且氣象能源的分布面很廣，能量密度較低。其次，氣象能源的穩定性差，很難找到合適的儀器捕捉并儲存這些能源。

4.2.氣象能源的研究只停留在調查、統計、區劃等初級階段，氣象能源的研究還需在如下方面繼續加強

一是在資源評估方面，應進一步加強對近海風能資源的調查工作，目前近海只是設置了少量的觀測塔，尚不能很好地解決問題，加強數值模式與觀測塔評估的綜合運用，將是未來風能資源詳查方面的重點。二是預報保障方面，包括高分辨率和高預報準確率的風電功率預報系統，以及太陽能發電和熱利用預報技術方面，目前國內還處于起步階段。三是災害風險防御，包括臺風、高溫、雷擊、低溫、高濕等一系列災害風險對電站選址的影響，極端天氣對風電場、太陽能電站、電網等的相關監測、預警技術等，以便更好地滿足將來非化石能源市場發展的服務需求。

4.3.氣象能源的研究和利用應該做到資源共享，長期氣象信息服務

作為一種氣象資源，風能、太陽能資源來源于最基本的氣象要素，同時影響風能、太陽能資源的氣象因素眾多，如云量的空間分布、氣溶膠的影響、極端溫度、特強沙塵暴等都會對太陽能利用產生影響。所以，開發風能、太陽能資源離不開氣象信息服務，尤其是長期觀測得出的氣象信息的基礎氣候信息的支持。只有做好這些前期“勘探”工作，才能開展后續一系列的開發利用工作。

[1]胡毅，等.應用氣象學.氣象出版社

[2]王炳忠.太陽輻射能的測量與標準.科學出版社

[3]王炳忠.中國太陽能資源利用區劃.太陽能學報.1983年03期

[4]朱瑞兆，薛桁.中國風能區劃.太陽能學報.1983年02期

[5]世界能源供需現狀與發展趨勢分析.中國能源報

[6]黃美元，徐華英.大氣環境學.氣象出版社

[7]巢清塵.我國風能、太陽能資源利用前景.中國社會科學報

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.001