天津濱海新區風電氣候資源評估

姚　巍　李　春　楊艷娟　胡　潮

（1天津市濱海新區氣象局天津3004572天津市氣候中心天津300074）

天津濱海新區風電氣候資源評估

姚巍1李春2楊艷娟2胡潮1

（1天津市濱海新區氣象局天津3004572天津市氣候中心天津300074）

濱海新區是天津風電氣候資源最為豐富，也是風電項目最為集中的地區。本文進行了天津濱海新區風能資源的天氣學分析，并利用濱海新區風能資源詳查結果，提出了風電資源氣候資源應用的建議，為風電項目建設和運營提供科學參考。

風電；氣候資源；濱海新區

1　引言

作為新興潔凈能源的典型代表，風力發電已成為各地近年來發展迅速的明星項目。天津風能資源豐富，適合風電項目的發展，其中濱海新區由于瀕臨沿海，地理位置優越，是天津市行政區內風能資源最豐富的地區，也是風電項目最為集中的區域。目前，濱海新區已陸續建成了大神堂、沙井子、馬棚口等大型風電項目并實現并網發電。據國家能源局對2015年上半年全國風電并網運行情況的統計，天津的風電平均利用小時數達到1326h，平均每天7.26h，排在云南（1706h）和四川（1434h）之后，列全國第三位。但是，這一統計報告也顯示，天津累計并網容量僅為28.55×104kW，絕對數量在全國僅高于北京和西藏兩省市，另外，天津的棄風電量達到0.21×108kW·h，棄風率達到5.33%，在華北地區的6家電網公司調度統計中列第3位。所以，科學評估濱海新區的風電氣候資源特征，從而提高風能資源發電的利用效率，或為風電項目建設提供科學規劃，具有重要的經濟現實意義。

2　風能資源特征的天氣學分析

天津北依燕山，東臨渤海，季風環流影響顯著。冬季受蒙古冷高壓控制，盛行偏北風；夏季受西太洋副熱帶高壓影響，多偏南風。天津屬于暖溫帶半濕潤半干旱季風氣候區，主要為大陸性氣候特征，但受渤海影響，沿海地區有時也表現出海洋性氣候特征，海陸風現象明顯。因此，天津市風能資源從沿海向內陸地區遞減，具體而言為東部沿海地區的塘沽、大港和漢沽比較豐富，平均風速大，風功率密度值高，有效小時數較多；內陸地區的寧河、漢沽、東麗、津南以及靜海、薊縣、武清、寶坻、西青、北辰、市區風能資源狀況一般或比較貧乏，平均風速較小，風功率密度值偏低，有效小時數較少。

造成天津風能資源分布狀況的原因與地理環境和大氣環流、天氣系統有關。天津地區的風場主要受東亞季風環流的支配及與其相配合的天氣系統的影響。冬季的蒙古冷高壓在向東南方向擴散時，從西北或東北路徑影響天津市，常產生較大偏北風。春季東北低壓頻繁出現，天津處在低壓的東南部，受其影響使得西南風較大；在氣壓場上，華北平原的地形槽易在春季形成，也對天津的西南風起到一定的增幅作用；春季大陸上的變性冷高壓東移入海后，疊加在較冷的海面上，使其再度加強，天津處在入海高壓的西部，往往造成較大的西南風。夏季，西北太平洋副熱帶高壓不斷西進、北抬，天津處在其西北部邊緣，形成南高、北低的氣壓場分布，此時多為弱偏南風；盛夏季節，由于海洋與陸地的溫度差較大，東部沿海地區海陸風的特征十分明顯，也使得天津的東南風偏多。秋季是從夏到冬的過渡季節，時間短，且多風和日麗的天氣，往往在秋末冬初有寒潮爆發時，偏北風較大。天津濱海新區地處渤海沿岸，受海陸風及西太平洋副熱帶高壓影響，夏半年以東南風和西南風為主，冬半年以西北風為主。由于冬、春季節常出現較大西北風，此時風速及空氣密度均較大，因此風能密度多集中在西北方位。

3　濱海新區風能資源調查結果分析

根據天津市氣象局的觀測資料顯示，近50年來，天津大風日數呈顯著減少趨勢。天津的年平均大風日數為7～48天，以塘沽最多。大風的季節特征明顯，春季大風日最多，占全年的30%以上，冬季次之，秋季、夏季大風依次減少。

為具體考察濱海新區風能資源情況，天津市氣象局于2009年在濱海新區的大神堂、中新生態城、大港油田分別建立了三座測風塔，高度分別為100m、70m和70m。根據測風塔2009年9月～2010年8月的觀測結果顯示，測風塔在70m的平均風速在5.5 m/s～6.1 m/s，平均風功率密度為194.5 w/m2～251.4 w/m2，≥200W/m2的技術可開發量為91×108kW，技術可開發面積為209km2，可裝機密度系數達4 MW/km2～5MW/km2之間。3座測風塔風能資源等級為1～2級，風資源量雖不高，但風頻分布比較適合，風資源質量較好，且有效小時數高，風資源可利用時間較長。同時風速變化較為平穩，很少有破壞性的風速，這種風況對于風機的設計和運行都比較經濟。此外，風能資源隨高度增加。以漢沽大神堂測風塔為例，50m高度平均風功率密度為206.4W/m2，70m高度增加到244.4W/m2，至100m高度，平均風功率密度已達310.4W/m2。在風能資源的時間變化方面，3座測風塔70m平均風速和平均風功率密度的年變化及日變化均較一致，年變化為春季大、夏季小，日變化為上午低、夜間高，這為風電場的電網調度提供了依據，可充分利用春季大風季節和午后、夜間時段發電，在無限電要求下，停機檢修等工作應盡量避讓大風時段。在3座測風塔中，大港油田和漢沽大神堂風資源較好，若單純以資源大小來評價，這兩地建設發展大型風電場更為合適。

4　風電氣候資源應用建議

4.1根據濱海新區風資源氣候特征的分析，風電場風機排布應考慮到風能密度的分布特征，一般應沿東北-西南方向為行、東南-西北方向為列的風機排布方式，從而有利于提高風能資源利用率。

4.2風能資源詳查工作可為天津市風電發展規劃提供依據。根據觀測的測風塔實測數據分析得到的從風能資源角度來看，天津風能資源的技術可開發區域主要位于濱海新區詳查區的沿海地帶，在該區域內，均具備建設大型風電場的條件，尤其是大港沿海地區，風能資源較好，可開發面積較大。風能項目管理和建設部門，可根據風能資源詳查及評估結果，制定相應的風能資源開發規劃以及開發順序，以便較為科學合理有序的利用天津風能資源。另外，風能資源詳查工作可為風電場建設提供理論指導，根據天津市沿海地區地形及風能資源特點，建議風電場應選擇高輪轂、大容量單機，且風機排布應考慮場址的風能密度分布特點，以提高風能資源利用率。

4.3一般而言，沿海風速隨離岸距離增大而迅速衰減，因此可開發的風能資源僅限于沿海地區，但受到土地利用等限制，陸上大型風電場的潛在場地越來越少，開發能力有限。天津地處渤海灣，近海海域有著豐富的風能資源，風電建設項目未來可向海上轉移，以提高天津可再生能源的發展空間。

[1]國家能源局.2015年上半年全國風電并網運行情況.2015,7.

[2]楊振斌,薛桁,朱兆瑞,等.中國風能資源評價報告[M].北京:氣象出版社,2006:11-17.

[3]凌申.對我國沿海風能資源開發利用的思考[J].資源與環境, 2008,24(7):634-657.

[4]Burton T,Sharpe D,Jenkins N,et al.武鑫譯.風能技術[M].北京：科學出版社,2007:18-20.

姚巍（1979—），男，內蒙古人，本科學歷，工程師，從事氣象業務管理工作，研究方向：氣象預報與氣象服務。