探析風能資源評估及風電發展前景

*通訊作者：逄增強，1987年10月，男，漢族，山東青島人，現任華潤電力技術研究院有限公司中級工程師，本科。研究方向：風電項目風資源評估，微觀選址等工作。

摘? ? 要：在世界能源緊缺的當下，風力發電得以迅猛發展。在風電行業規模化發展的當下，了解風能資源是重要的工作內容，對其風場項目的開發起到了關鍵性的作用。本文對風電項目中的風能資源的評估方法及其問題進行了分析，希望能為促進風電行業未來可持續穩步發展提供有效建議

關鍵詞：風能資源評估;風電場;數值模擬

一、引言

在能源危機日益加劇的情況下，人們對可再生能源利用的關注度越來越高。風能屬于可再生資源的一種，且其應用時不會產生污染。在發電成本逐步降低的當下，風能行業的競爭日益激烈。風力發電場建設中選址是重要的工作內容，對風能資源評估是選址工作開始的首要步驟，會對風力發電場的經濟效益產生直接影響。

二、風能資源評估程序

在2011年前的一段時期我國的風電市場發展迅速，但同時暴露了許多問題嚴重阻礙了風電產業的發展[1]。

（一）風電技術薄弱阻礙我國風能發電的健康有序發展

1. 風電屬于新興產業，前期研發投入、風電人才培養不足，導致技術不成熟，大型發電機組靠進口，技術短期內消化不了，增加了風電成本。

2. 風力發電由于風能間歇性、隨機性的影響，是不穩定的，因此需要大規模的電力儲存技術。目前，這項技術不完善導致風電的電力出電具有波動，電力系統不穩定。

3. 國家意識到大力發展風電的必要性，但是沒有及時形成適合我國國情的統一的行業技術標準，導致風電企業管理不規范、技術不成熟，造成很多不必要的浪費。

（二）現在壟斷的電力市場制約風電的發展

我國的電力市場以計劃為主，電價有國家規定，幾乎不受市場經濟的制約，導致市場經濟環境封閉。在政策有傾向時，盲目搶占市場上項目，但是技術水平跟不上市場發展速度，造成安全隱患，出現了不必要的事故，導致利潤下降，發展受阻。

（三）以我國目前的發展水平，難以同時實現風電的快速發展與并網消納

國內蘊含豐富風能的地區分布在經濟發展程度較低的西部地區，如新疆、冀北、甘肅、內蒙等，由于經濟發展水平和人口分布密度的制約，使得風電場當地產生了供大于求的現象[2]。又因為風電輸送距離和成本等問題，讓風力發電廠處于極大的尷尬局面。

三、風能資源評估方法

（一）數據統計方法

整合該地區測風塔觀測數據，并在此基礎上構建不同數學模型，該地區風能、風功率等相關參數都是基于氣象站與測風塔觀測數據上實現。數理統計方法以本地區風速參數為切入點，利用風速統計來評估該地區風能資源，在評估過程中也會涉及到矩陣法、極大似然估計法和最小二乘法使用。在評估過程中，矩陣法雖然通用性較好，但計算結果精準性難以保證，可變性因素太多。

（二）數值模擬方法

收集案例地區地形地貌等相關信息，將其轉化為數值，在此基礎上對該地區風電場風能資源進行模擬，數值模擬方法以空氣動力學和熱力學基本原理為載體，并結合中尺度數據來評估該地區所分布的風能資源。

（三）風能資源的評估

確定了風速的分布函數及其參數，就可以求出平均風速、平均風功率密度、有效小時數等指標，再根據風能資源評估標準就能對具體風電場的風能資源進行評估。如圖1所示。

圖1 風能資源示意圖

（四）評估方法分析

目前主要使用的風能資源評估技術主要有三種[3]。一是以氣象站原始觀測資料為依據進行評估;二是以氣象塔所觀測的資料進行評估;三是采用數值模擬的方式進行風能資源評估。

（五）風能資源評估中存在的問題

1. 以氣象站觀測資料為依據進行評估的問題

（1）氣象站只可觀測到10 m左右高度的風能資源情況，無法對風機輪轂高度的風能資源進行判斷。

（2）目前國內所建的氣象站分布間距存在問題，對于區域的風能資源覆蓋面積的測定并不準確，也無法進行準確的風能儲量判斷。

（3）大部分氣象站建于城鎮附近，因此難以得出準確的風能資源評估結果

2. 根據氣象塔觀測資料進行評估的問題

（1）采用此方法進行風能資源觀測，所得出的測風資料缺乏觀測時段的統一性，所得出的風能資源評估結果并不準確。

（2）在觀測過程中需消耗大量的人力及物力資源，無法進行大規模觀測網的建立。

四、數值模擬評估技術應用分析

（一）測風塔的安裝

根據所了解的場址區域的風能資料情況，結合氣象站的風資源進行初選風電場場址測風塔高度的判定，并對其進行安裝。要對多個風速儀及風向標安裝位置、高度及數量的確定，此外，還要對溫度計及氣壓計的安裝位置進行測定。

（二）測風數據的驗證

對風電場觀測所得的歷史數據進行分析，了解數據是否合理與完整，并對缺失的數據及錯誤數據找出后進行處理，進而得出一年內持續的測風數據信息[4]。完整性驗證時要對各種高度的測風數據與實際所需數據的數量是否一致進行檢查。在合理性檢驗時要對高度湍流強度值進行判斷，確保現場風速、氣壓以及湍流強度都在合理范圍內。此外，還要進行相關性以及趨勢性檢驗在合理性檢驗時要對高度湍流強度值進行判斷，確保現場風速、氣壓以及湍流強度都在合理范圍內。此外，還要進行相關性以及趨勢性檢驗。

（三）數據處理

1. 缺測數據與不合理數據處理

如果部分觀測點的數據存在缺失，應對缺測數據進行補充處理。如存在不合理數據，對于所有高于相關性及趨勢檢驗標準的數據，都應使用其他高度的風速與梯度K值的乘積所得出的數據作為替換。以現場觀測得到的不同高度的切變值進行風切變指數的確定。

具體替換公式是V30 m = 1.1130×V10 m;V30 m = 1.1997×V10 m;V60 m = 1.2439×V10 m;V70 m=1.2601×V10 m，其中V為各高度處的風速。

2. 風數據完整率的計算

測風數據有效完整率 = （應測數目-缺測數目-無效數據數目）/應測數目

3. 數據驗證結果

采集時間范圍為95%以上，最差應該不低于90%。

通過對平均風速、年有效風能密度及有效小時數的計算可知，風電場風能蘊含豐富。從全國角度來看，我國處于亞洲大陸東南，瀕臨太平洋西岸，地形復雜，海拔高度落差大，風能儲備量很大，具有大力發展風電的基礎條件。我國已經研發出100多種不同裝機容量、不同類型的發電機組，風電產業已初步形成，國家也對風電產業予以極大的政策支持。但是，相對于發達國家，我國風力發電從技術到普及程度都比較低。在高速發展的過程中，暴露出很多的問題，極大地阻礙了風電行業的發展。

五、我國風電發展前景展望

隨著經濟不斷發展，加快推動我國風電等可再生能源產業發展，有利于實現能源替代、優化能源消費結構，并滿足整個能源產業和社會經濟發展需要，同時也是目前風電產業核心發展目標。基于此，風電未來的發展方向為政策推動競價配置與平價上網[5]。為促進風電產業產量提升、技術進步、加大投入以及降低成本，我國在風電行業發展初期階段給予風電行業政策支持，推動競價配置、實現平價上網，積極促進風電行業可持續發展。

六、結束語

綜上所述，我國是世界最大風電市場，風力資源豐富，加快風電產業發展，不僅可以有效推動國內能源消費結構優化，也能為整個能源產業和社會經濟發展提供基礎保障，靈活運用各項政策為風電企業發展給予大力支持，促進技術及管理水平提高，從而實現我國風電行業未來可持續穩步發展目標。

參考文獻：

[1]王積建.風電場運行狀況分析及優化[J].數學建模及其應用， 2016.5.

[2]王積建.風電場運行狀況分析及優化[J].數學建模及其應用， 2016.4.

[3]林秀華，林彥.我國風能利用的現狀與展望[J].廈門科技， 2016.8.

[4]朱金陽.風能資源評估影響因素探究[J].風能， 2020（01）：82-86.

[5]薛建秀，遲文靜，王金嬋.風能資源評估及風電發展前景展望[J].合作經濟與科技， 2019（10）：48-49.