淺談風力發電資源開發的利弊

梁志文

內蒙古氣象服務中心

內蒙古自治區目前有條件的盟市旗縣均開展了風能資源開發利用工作，確定了利用風能資源開發為主要建設，在短短10 年時間內，內蒙古西部已建成大大小風電場100 多家，機組發電量從5 萬千瓦、10 萬千瓦到20 萬千瓦不等。建設速度之快，規模之大在自治區乃至全國也屬罕見。 隨著風電場的建設，發電量的增加，出現了窩電現象，這不僅造成了資源的浪費，而且開發規模對當地氣候產生的影響也應該引起關注。在近幾年的工作調研中，走訪多家風電場，針對氣候資源開發利用和風電場資源開發利用過程中存在的矛盾和問題進行探索總結，使其更加合理、更為科學地開發利用氣候資源和風力發電資源。

一、風電場對局地氣候要素氣象變化的影響

1.風電場上下游對比

國內外一致結論： 風電場的存在使下游風速變慢。 國內外一些相關的科研機構，利用數值模擬風電場的局地氣候效應，通過對風電場建設前后、風電場上下游區域氣象觀測資料的對比分析，證實了風電場對風速的衰減效應。 經過風電場運行對動量的吸收，以及風機的摩擦力作用，在風電場下游6 公里處的衰減系數為0.86， 下游8 公里處的衰減系數為0.88，下游11 公里處的衰減系數為0.90，一般在20 公里左右影響漸漸減弱。 影響距離還受風電場規模制約，最大可達30～60 公里（除風電場的阻塞作用外）。

2.風電場局地氣溫明顯變化

風電場除了使下游風速減慢，還會使當地氣溫產生變化。通過科研機構的數值模式計算和觀測實際結果基本一致。 也就是說風電場運行期間，從凌晨1 時至早晨7 時具有增暖效應；中午13 時至晚間21 時則具有降溫效應，而且這些效應相當明顯。 能夠導致這種時而增溫、時而降溫的主要原因是風電場在運行時加強了大氣的垂直混合，實際情況是夜間，穩定大氣的暖層在上，冷層在下，風機的運行，加強了垂直混合，造成暖空氣下行冷空氣上行，近地面就變暖升溫；白天則相反，不穩定大氣的冷空氣在上，暖空氣在下，湍流混合再加上垂直混合，形成冷空氣下行暖空氣上行，近地面就變冷降溫。 這種影響取決于近地大氣層的穩定度，不同的穩定度受風電場運行產生的變溫效應也不同。

3.風電場對局地氣候的影響

通過分析風電場對局地風向、風速、溫度、氣壓、濕度、降雨等氣候變化，在關注風電場對局地氣候影響的同時，國外一些科研機構已經利用的數值模擬技術，總結出大規模風電場建設對全球氣候也有著一定影響。 主要表現在兩個方面，一是全球風速將可能明顯減小，二是全球年平均氣溫將可能繼續升高，加劇氣候變暖，并引起其它相應的氣候變化。

二、風力發電資源開發利弊

在全球變暖的大背景下，風能資源作為重要的清潔能源在全球許多地區得到廣泛的開發利用，越來越多的大型風力發電場正在不斷的建立和投入運行。但任何事物的發展都具有利弊，從目前來看，風能資源的有效利用緩減了對化學能源的依賴， 降低了碳排放，保護了環境。 在風力發電資源的開發利用建設過程中，人們更關注局地天氣氣候條件狀況，更關注氣候變化對風電場的影響，但是風電場建設是否

會對大氣中的氣壓、風向、風速、溫度、濕度、降雨甚至是氣候變化產生影響關注不足。 很顯然，大氣的流動與水流的流動有相似性，但大氣的流動比水流更具有不確定性（主要原因是大氣邊界的不確定性）。我們知道大氣運動理論上是單圈環流和三圈環流，三圈環流只受太陽輻射和地球自轉影響所形成的環流圈，是理想的模式。 如果把大氣流場比喻成一條河，那么風電場就像建在河道里的建筑物，風機就像種在河道里的樹木，必然會影響到大氣的正常流動，如果密度過大，布局不合理，必定會導致大氣的亂流、漫灘甚至改道，后果難以預測，結果可能是災難性的。

三、盲目開發可能會帶來嚴重后果

風電場建設布局不合理會造成風電場之間互相干擾。上游風電場的建設使用對下游風電場的建設運行影響明顯。上游風電場會使下游風電場的發電效率下降，甚至無法正常運行。 風電場自身建設規模也應該控制在一定范圍之內，過度擴張會造成風電場中心位置風機的“枯萎”效應。同時也會加劇風電場對局地乃至全球氣候的影響。經國內外一些科研機構研究證明，如果在歐洲、北美和東亞三個風能資源豐富區域設置風電場， 并使風能發電占全球總能源的10%以上時，利用全球大氣環流模式研究風電場對全球氣候的影響， 數值計算得出了風電場的影響不只是局地的，大面積風電場的設置對全球和洲際尺度氣候變化的影響不可忽視，特別是風電場對局域地區近地層氣溫影響可高達±1～2℃。但由于氣候模式的不確定性以及風電場模擬試驗設計的不確定性，大面積建立風電場對全球氣候變化的宏觀影響在國內外科學界還存在很多分歧和爭論，對于氣候與風電場的數值試驗和研究還需要進一步的科學探討，還需要科學觀測和驗證。

四、合理的開發和論證的必要性

合理的開發和論證是氣候資源開發利用和風電場資源開發利用的必要前提。由于風電場對局地氣候會產生一定的影響，專家建議，在風電場的建設中必須注意風電場之間的間距，最小間距應大于30 公里，以減小風電場之間的相互干擾和影響。 另外，氣象觀測場需要與風電場保持一定距離，以確保氣象觀測資料的準確性及不受風電場干擾。 在建設風電場過程中，可以選用功率更大的單機，以降低風機密度；可以通過改造風機，提高風機效益；可以選擇風力資源豐富、下墊面適合的地區，以減小風電場對局地氣候的影響。 在建設風電場前，應請專業部門對當地風能資源蘊藏量進行評估，對勘測數據進行論證，科學合理的開發利用風能資源。