未來風能資源普查評價技術的發展研究

鄒璐

摘 ? 要：風力發電建設的前期關鍵工作就是對風能資源的普查和評估，風能評估技術決定著評估結果的準確性。文章在分析風能資源評估重要性的基礎上，對風能資源評估技術方法進行了簡要概述。同時，對我國風能資源普查評價技術的發展進行了分析，并對風能資源評估技術前景進行了展望。

關鍵詞：風能;風能資源評估技術;評估方法;風電場

人類當前面臨的能源危機已經越來越嚴峻，國內外對新能源開發、利用技術都給予了高度重視。風能作為一種經濟、環保的可再生清潔能源，受到世界各國的青睞。通過建設大型風電場，利用風力發電來緩減我國目前電力供應緊張的問題顯得尤為重要。在制定風電場建設發展規劃時，需要先對風能資源進行評估，弄清我國風能資源的分布狀態，從而有針對性地建設風力發電基地。因此，對風能資源普查評價技術方法的研究成為當務之急。

1 ? ?風能資源評估的重要性

在建設風電場、對風能進行開發利用時，需要了解風能資源的時空分布情況，也就是對風能資源進行評估，據此選擇正確的風電場址和合適的風力機機位，這對保障風能的開發、發電的順利進行和高效利用風能資源具有重要的意義。

首先，風能資源評估有利于我國科學規劃風電開發計劃。我國是一個能源消耗大國，對可再生能源尤其是風能的開發是長期發展目標，但如何實現風能的合理開發，需要清楚地了解哪些區域有優良的風能資源以及其具體的風電開發潛力，客觀、準確的風能資源評估結果將為制定風電開發優化項目計劃提供科學的理論支撐。

其次，風能資源評估數據的準確度決定著風電場建設的成敗。風能資源的豐富度及優劣度決定著風力發電量的多少，影響著發電成本和風電場的經濟效益。微小的風速變化都會導致風電場商業價值的較大波動。精確、可靠的風資源評估結果決定著風電場的選址和電場的正常運營，是保證風電場投資成功的關鍵。精確的風能資源評估報告可以為投資商提供決策性支持，幫助其投資好的風電場，對于投資不太理想的風場，還可以通過評估結果討論分析，找出可能存在的原因，采取適當的彌補措施。可見，精確的風能資源評估是風電開發工程中極為重要的環節之一。

2 ? ?風能資源評估技術方法簡述

對風能資源進行評估的技術方法有3種：利用氣象站歷史觀測資料進行評估，利用氣象塔觀測資料進行評估和利用風能資源評估的數值模擬方式進行評估[1]。

依據氣象站歷史觀測數據進行風能評估，其結果不夠準確，因為氣象站所測得風的高度在10 m左右，而風機的輪轂高度大多數都在50～70 m，不同高度的風速變化受外在因素的影響是不同的，從10 m高度的風能資源數據推斷風機輪轂高度的風能資源數據是不客觀也不夠準確的，而且部分氣象站由于周圍建筑環境的影響，測量數據還存在著嚴重的失真，以此為基礎所做出的評估結果當然就不會太準確，給風電場的選址和規劃帶來諸多困難。此外，我國各氣象站的間距為50～200 km，東部沿海地區由于風力豐富，氣象站分布相對密集，西部地區氣象站設置較為稀少，那么西部的統計分析結果會就存在較大的誤差，即使是分布較密的東部地區也只能從宏觀上大致反映我國風能資源的分布趨勢 ，都不能較準確、定量地確定某個局部區域可開發風能資源的范圍和儲量。另外，我國的氣象站為了操作便捷，多數分部于人口密集的城鎮近郊，風速相對較小，也是一個影響風能資源評估結果的原因。因此，以氣象站觀測數據為參考的風能資源評估難以滿足我國制定風電發展規劃對風能資源準確評估的要求。

印度曾經通過設立測風塔來觀測風力數值，但由于測風資料都是不同時段的，所得結果也不統一，因此，測風塔所測得結果的準確度也有不足，而且設立測風塔觀測需耗費大量的人力、物力，大范圍內建立密集的觀測網是不現實的，更不可能像氣象站一樣進行常年觀測。因此，依靠測風塔的觀測資料進行區域風能資源評估是不經濟且難以執行的。

近年來，國外應用數值模擬的方法發展了許多較為成熟的風能資源評估系統軟件，典型代表有丹麥的風圖分析和應用程序（Wind Atlas Analysis and Application Program，WAsP），這是一種能獨立對風資源進行三維分析的軟件，的主要特點是利用地轉風和單點的測風資料推算周圍區域風場的風資源分布，在對某地區風資源進行分析時，充分考慮了該地區不同的地形表面粗糙度以及由附近建筑物或其他障礙物所引起的屏蔽因素帶來的影響，同時還對山丘和復雜場地所引起的風變化情況予以考慮，從而使得估算出的風資源分布相對真實一些。此外，它可以依據某地區的風資源情部分，通過計算推導出另一地的風資源，這對偏遠且缺乏氣象資料收集地區是很有幫助的。

3 ? ?我國風能資源普查評價技術發展研究

3.1 ?全國陸上風能資源專業觀測網的建立

為了做好全國風能資源的詳細普查以及評價工作，我國氣象局在大陸風能資源充足的區域根據一定的風資源選址規劃和統一的規范標準，設立了多座測風塔，各測風塔數據聯網共享、標準統一，實現了全國陸上風能資源專業觀測網的初步建立，為開展風能預報業務和風電場后評估提供基礎保障[2]。

3.2 ?風能資源評估系統的研發

美國、加拿大和丹麥等國在風能數值模擬評估方面的研究較早，技術也相對成熟，我國在認真研究其科研經驗后加以借鑒，并根據自身的地理、氣候特點，對國外的風能數值模擬評估進行了改良和優化，研發出適合我國實際的風能資源評估系統（Wind Energy Resource Analysis System，WERAS/CMA），模擬分辨率精度得到大大提高，充分滿足了風電場選址和規劃需求[3]。

3.3 ?風能資源計算評估系統的研發

在原有風能資源計算評估技術規范的基礎上，我國又研制出特有的儀器設置和數據采集方式，以適用于風能專業觀測網一體化觀測系統，增加了一系列附加功能，實現各種觀測儀器原始數據格式的標準統一，并對原始數據的質量予以檢查，發現缺測、漏測數據后自動插補訂正，所有觀測數據實現統一的數據庫管理，大大降低了計算評估過程中不同數據的處理速度，使參數計算和報告編制滿足各方需要。

3.4 ?風能資源數據庫共享系統的建設

利用網絡技術建立統一的數據庫處理系統，使測風塔觀測數據的采集和傳輸都得到及時處理，同時對質量的嚴格控制以及數據的統計和加工、分發、存儲等一系工作實現自動按序運行。可以通過分級管理使全國風能資源數據得以共享，將風能的基礎數據、評估參數以及圖表結果等很方便地傳送到全社會的各個層面，為人們及時獲取數據資料提供了便利。

4 ? ?我國風能資源評估技術的發展展望

數值模擬技術從理論基礎上講，是建立在對邊界層大氣動力和熱力運動數學物理描述基礎上的，是通過精密計算得出的數據結果，比僅依靠氣象站觀測數據的空間插值方法得到的數據要準確很多，這些在國外早有研究。實證研究表明，數值模擬方法所測得的風能資源空間分布精準度相較其他方法更高一些，更有助于風能資源的面積和風機輪轂高度可開發風能儲量的精確定位，可以為風電開發的中長期規劃和風電場建設提供更好的科學依據。將數值模擬技術應用于風能資源評估是一個很好的方法，但是模擬數值有時也會存在一些偏差，需要聯合測風塔以及氣象站的觀測數據進行修正，以達到所獲取的區域風能資源分布更加準確的效果。由此來看，數值模擬與測風塔觀測和氣象站觀測相結合是較為成熟的風能資源評估方式。

目前，國外在利用數值模擬開展風能資源評估時，通常采用的方法是：中尺度模式+小尺度模式。進行風能資源評估一般分3步，即普查、詳查和風電場選址。在普查階段，一般只須了解清楚所測區域風能的宏觀分布，選用中尺度數值模式進行數值模擬即可。在風能資源的詳查階段，對數值模擬結果的分辨率要求有所提高，要想滿足風電發展規劃需求，必須使所得結果分辨率達到1 km才行[4]。對于地勢好的地區，采用中尺度數值模式還行，但對于地形凹凸不平的地區來說，近地層的風速分布利用中尺度模式所得結果就不太準確了，這時需要采用小尺度模式。我國地形條件復雜，土地面積很大，風能資源豐富，迫切需要自主發展小尺度數值模式。因此，有自主知識產權的小尺度數值模式將是未來我國數值模擬評估方法的發展方向。

5 ? ?結語

風能作為一種儲量大、清潔環保的可再生能源，將是補充我國電力緊缺的主要能源之一。因此，評估風能資源，清楚我國風能資源的分布狀況，進而大力發展風電建設成為我國的當務之急，對風能資源評估技術的研究為我國大規模的風電建設提供了技術支撐。

[參考文獻]

[1]李澤椿，朱蓉，何曉鳳，等.風能資源評估技術方法研究[J].氣象學報，2007（5）：708-717.

[2]佚名.中國風能資源的詳查和評估[J].風能，2011（8）：26-30.

[3]王秀秀.黃河三角洲風能資源研究[D].濟南：山東師范大學，2009.

[4]陳超.風能資源的評價與利用概述[C].杭州：第26屆中國氣象學會年會氣候資源應用研究分會，2009.