固原風能資源研究

翟昱明 (寧夏固原市氣象局，寧夏固原756000)

近年來，固原市政府投入大量資金建設風力發電站，在輕工業園區又引進風力發電塔筒制造項目，對當地風力資源分布狀況的研究顯得十分必要。1980、1984、2004年我國開展了3次風能資源普查，但是，朱成章指出我國3次風能資源普查中尚存在某些問題［1］，所以地域性開展風的觀測與風能調查就顯得非常重要。各地都對風能特性開展詳細的研究，如王翔對新疆博州風能資源進行初步觀測和評估［2］，為開發風力資源提供科學依據。楊宏青利用77個站點30年資料及6個野外觀測點資料，對湖北省風的基本特征進行了詳細分析［3］，探尋湖北省風能資源豐富區分布。

1 材料與方法

1.1 研究區概況 固原市位于寧夏回族自治區南部，轄四縣一區，即西吉、隆德、涇源、彭陽縣和原州區，東與甘肅慶陽市、平涼市為鄰，南與平涼市相連，西與白銀市分界，北與寧夏中衛市、吳忠市接壤。地處西安、蘭州、銀川省府城市所構成的三角地帶中心，是我國西部前景極佳的待開發地區。地域范圍在35.14°～36.38°N，105.20°～106.58°E 之間。境內以六盤山為南北脊柱，將全市分為東西兩壁，呈南高北低之勢，海拔大部分在1 500～2 200 m之間。該市位于我國黃土高原的西北邊緣，由于受河水切割、沖擊，形成丘陵起伏，溝壑縱橫，山多川少，塬、梁、峁、壕交錯的地理特征，屬黃土丘陵溝壑區。總人口145.52萬，人口密度137人/km2。總面積14 422.1 km2，固原市區面積45 km2。由于特殊的地理位置和地形特點，山頂風力資源豐富。因此，對固原市風能資源進行研究，為開發風力發電等提供依據是十分必要的。

1.2 研究方法 為詳細查明固原市風能資源，固原市氣象局在全市設置了43個自動氣象站，開展風的觀測，分析過程中結合了國家基本氣象站的相關資料。6個代表站點站號為No.53817、No.53903、No.53910、No.53913、No.53914、No.53916。分析采用2013年1～12月1個完整年的逐時風速風向資料。依據中華人民共和國國家標準《風電場風能資源評估方法》(GB/T18710－2002)，對資料的合理性和完整性進行檢驗，測風資料均為合理數據，資料完整率接近100%，符合GB/T18710－2002中風電場風能資源評價所用資料完整率必須在90%以上的要求。

2 結果與分析

2.1 風速

2.1.1 年平均風速。各地的年平均風速為2.2～6.5 m/s，最大風速為15.0 ～29.0 m/s，極大風速為25.2 ～43.8 m/s。

2.1.2 風速、風能密度的日變化。各地風速、平均風功率密度日變化明顯，規律性較強。各縣(區)城市區域:09:00以后風速迅速增大，大風速時段為09:00～21:00，22:00～08:00風速相對較小;一般情況下10:00以后≥3 m/s風速可持續到18:00，風速的持續性非常好;平均風功率密度變化規律與風速變化一致，大值區也在09:00～21:00。但在六盤山頂，風速、平均風功率密度日變化與城市區域相反。

2.2 威布爾參數分布 風電場風速概率分布是體現風能資源統計性的重要指標和基礎，描述風速概率分布有多種模式，國內外學者認為威布爾分布對風能計算而言是比較好的模式，也是目前風電開發中應用最多的一種模式。該模式利用各地風速數據，采用平均風速計算威布爾分布的尺度參數C(m/s)和形狀參數K，通過這些參數，近似擬合風電場實際風速頻率分布，了解風電場的風速特性。因此，雙參數威布爾分布函數曲線的擬合對實際風能資源的評估、風力機的選擇、風力發電機組年發電量以及風電場年總發電量的計算都是很重要的參數。威布爾分布的尺度參數C取決于風速的時間特征和該分布與平均風速之間的某種特定關聯;形狀參數K表達該分布的形狀。K的值為9.17 ～22.00，K值越大，說明風速波動越小，很顯然，K值越大，越適合風力發電。由表1可知，固原市各地風速頻率分布近似滿足威布爾函數分布。

2.3 風能 各觀測站有效風力出現小時數占全年25%左右;有效風能時數均在1 679 h以上;有效風功率密度均在29.2 W/m以上，特別是六盤山，年有效風能時數達6 783 h。對比我國風能評價指標可知，各觀測點均屬風能可利用區(表2)。

2.3.1 各風向風能分布。原州區以西北風為主，風能主要分布在NW～NNW之間;西吉縣以西西南風為主，風能主要分布在SW～W之間;彭陽縣以西北和東南風為主，風能主要分布在W ～NW和ESE～SE之間;隆德縣以東南風為主，主要分布在ESE～SSE之間;涇源縣以西北風為主，風能主要分布在WNW－NNW之間。固原市各縣(區)風向受地形影響較大。

2.3.2 各風速與風能百分比分布。風能主要分布在1～4 m/s風速，20 m/s以上風速風能分布沒有。固原全市風能最多分別出現在3～4 m/s風速時段。

表1 固原市各縣(區)觀測站風速威布爾參數值

表2 風能參數

3 結論與討論

研究分析表明，固原市山峰有效風力出現小時數占全年19.2% ～77.4%，在1 679～6 783 h之間，平均有效風功率密度在29.2～186.4 W/m之間，山頂完全具備風電開發價值。風能全日都有利用，主要集中在偏西風和東南風，極少出現破壞性大風。所以，風能的穩定性較好，有利于風機平穩運行，進行風電開發潛力巨大。

［1］朱成章.關于中國風能資源儲量的質疑［J］.中外能源，2010，15(4):34－38.

［2］王翔.博州風能資源研究［J］.安徽農業科學，2011，39(22):13653－13655.

［3］楊宏青.湖北省風能資源評估［J］.華中農業大學學報，2006，25(8):683－686.