我国风能资源分布和影响分布的气象条件

2016-08-24 09:39 [风能] 来源于：新能源产业研究作者：新能源产业研究

导读：1.我国风能资源分布我国属于地球北半球中纬度地区，在大气环流的影响下，分别受副极地低压带、副热带高压带和赤道低压带的控制，我国北方地区主要受中高纬度的西风带影响，南方地区主要受低纬度的东北信风带影响。我国地域辽阔，陆地最南端纬度约为北纬18

1.我国风能资源分布

我国属于地球北半球中纬度地区，在大气环流的影响下，分别受副极地低压带、副热带高压带和赤道低压带的控制，我国北方地区主要受中高纬度的西风带影响，南方地区主要受低纬度的东北信风带影响。

我国地域辽阔，陆地最南端纬度约为北纬18度,最北端纬度约为北纬53度，南北陆地跨35个纬度，东西跨60个经度以上。我国独特的宏观地理位置和微观地形地貌决定了我国风能资源分布的特点。我国在宏观地理位置上属于世界上最大的大陆板块——欧亚大陆的东部，东临世界上最大的海洋——太平洋，海陆之间热力差异非常大，北方地区和南方地区分别受大陆性和海洋性气候相互影响，季风现象明显。北方具体表现为温带季风气候，冬季受来自大陆的干冷气流的影响，寒冷干燥，夏季温暖湿润;南方表现为亚热带季风气候，夏季受来自海洋的暖湿气流的影响，降水较多。

按照陆地与海洋的距离划分，我国可分为南部沿海地区、东南部沿海地区、东部沿海地区、中部内陆地区、西部、北部和东北部内陆地区。

南部沿海地区在东北信风带和夏季热低气压的影响下，主风向为东风和东北风，由于夏季低气压的气压梯度较弱，因此风力不大，风能较小。

东南部沿海地区与台湾岛在台湾海峡地区形成独特的狭管效应，而该地区又正处于东北信风带，主风向与台湾海峡走向一致，因此风力在该地区明显加速，风力增大，风能资源丰富，具有较好的风能开发价值。

东部沿海地区基本上处于副热带高压控制，气压梯度小，同时，该地区又受海洋性气候的影响，大风持续时间短且不稳定，风能资源开发潜力一般。

中部内陆地区由于所处地理位置条件的限制，冬季来自北方的冷空气难以到达这里，夏季受海洋性气候的影响较小，同时由于该地区地势地形复杂和地面粗糙度变化较大，不利于气流的加速，因而风能资源比较贫乏。

西部、北部和东北内陆地区主要包括新疆、甘肃、宁夏、内蒙古、东北三省、山西北部、陕西北部和河北北部地区，这些地区纬度较高，处于西风带控制，同时冬季又受到北方高压冷气团影响，主风向为西风和西北风，风力强度大，持续时间长，同时这些地区海拔较高，风能衰减小，因此，具有较好的风能开发价值。

我国对风能资源的观测研究工作始于20世纪70年代，中国气象局先后于20世纪70年代末和80年代末进行了两次全国风能资源的调查，利用全国900多个气象台站的实测资料给出了全国离地面10m高度层上的风能资源量。据资料介绍，当时我国的风能资源总储量为32.26亿kW，陆地实际可开发量为2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW。

根据中国气象局于2004～2006年组织完成的最新的第三次全国风能资源调查，利用全国2000多个气象台站近30年的观测资料，对原有的计算结果进行修正和重新计算，调查结果表明：我国可开发风能总储量约有43.5亿kW，其中可开发和利用的陆地上风能储量有6～10亿kW，近海风能储量有1～2亿kW，共计约7～12亿kW。

2.我国主要的风能丰富区

图1是我国有效风能密度分布图，深颜色显示了风能丰富地区的分布。

图1 中国有效风能密度分布图(W/m2)

(1)“三北”(东北、华北、西北)风能丰富带

该地区包括东北3省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏、新疆等省区近200千米宽的地带，是风能丰富带。该地区可设风电场的区域地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是我国连成一片的最大风能资源区，适于大规模开发利用。

(2)东南沿海地区风能丰富带

冬春季的冷空气、夏秋的台风，都能影响到该地区沿海及其岛屿，是我国风能最佳丰富带之一，年有效风功率密度在200W/m2以上，如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等地区，年可利用小时数约在7000至8000小时。东南沿海由海岸向内陆丘陵连绵，风能丰富地区距海岸仅在50千米之内。

(3)内陆局部风能丰富地区

在两个风能丰富带之外，局部地区年有效风功率密度一般在100W/m2以下，可利用小时数3000小时以下。但是在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，也可能成为风能丰富地区。

(4)海拔较高的风能可开发区

青藏高原腹地也属于风能资源相对丰富区之一。另外，我国西南地区的云贵高原海拔在3000米以上的高山地区，风力资源也比较丰富。但这些地区面临的主要问题是地形复杂，受道路和运输条件限制，施工难度大，再加上海拔高，空气密度小，能够满足高海拔地区风况特点的风电机组较少等等，增加了风能开发的难度。

(5)海上风能丰富区

海上风速高，很少有静风期，可以有效利用风电机组发电容量。一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量增加70%，在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25年到30年。我国海上风能丰富地区主要集中在浙江南部沿海，福建沿海和广东东部沿海地区，这些地区海上风力资源丰富且距离电力负荷中心很近，与海上风电开发成本虽高，但具有高发电量的特点相适应。

2009年12月中国气象局正式公布全国风能资源详查阶段成果数字为陆上50m高度潜在开发量约23.8亿千瓦，近海5～25m水深线内可装机量约2亿千瓦。

3.影响我国风能资源分布的气象条件

(1)冷空气活动

冬季(12月到翌年2月)整个亚洲大陆完全受蒙古高压控制，其中心位置在蒙古国的西北部，从蒙古高压中不断有小股冷空气南下并进入我国，同时还有移动性的高压不时地南下，气温较低，形成大范围的大风降温天气。

如图2所示，影响我国的冷空气有5个源地，由这5个源地侵入我国的路线称为路径。第一条路径来自新地岛以东附近的北冰洋面，从西北方向进入蒙古国西部再东移南下影响我国;第二条是源于新地岛以西北冰洋面，经俄罗斯、蒙古国进入我国;第三条源于地中海附近，东移到蒙古国西部再影响我国;第四条是源于太梅尔半岛附近洋面，向南移入蒙古国，然后再向东南影响我国;第五条源于贝加尔湖以东的东西伯利亚地区，进入我国东北及华北地区。

图2 中国寒潮冷空气路径图

这5条路径进入我国后分两条不同的路径南下，一条是经河套、华北、华中由长江中下游入海，有时可侵入华南地区，沿此路径入侵的寒潮可以影响我国大部分地区，出现次数占总次数的60%以上，冷空气经过之地有连续的大风、降温，并常伴有风沙。另一条是经过华北北部、东北平原，冷空气路径东移进入日本海，也有一部分经华北、黄河下游向西南移入两湖盆地，这一条出现次数约占其中次数的40%，它常使渤海、黄海、东海出现东北大风，也给长江以北地区带来大范围的大风、降雪和低温天气。

(2)热带气旋活动

在我国东南沿海每年夏秋季节经常受到热带气旋的影响。我国现行的热带气旋名称和等级标准见表1。台风是一种直径1000km左右的圆形气旋，中心气压极低，台风中心10～30km范围内是台风眼，台风眼中天气较好，风速很小。在台风眼外壁天气最为恶劣，最大破坏风速就出现在这个范围内。所以一般只要不是在台风正面直接登陆的地区，风速一般小于10级(26m/s)，它的影响平均有800～1000km的直径范围，每当台风登陆后我国沿海可以产生一次大风过程，而风速基本上在风力发电机组切出风速(25m/s)范围之内，是一次满发电的好机会。

在我国登陆台风平均每年有7个，而广东每年登陆台风最多为3.5次，海南次之为2.1次，台湾1.9次，福建1.6次，广西、浙江、上海、江苏、山东、天津、辽宁合计仅1.7次，由此可见，台风影响的地区由南向北递减。

4.影响风能利用的灾害性天气

(1)台风

台风具有暖性高湿和强烈辐合的特点，它能量很大，来势凶猛，常常伴有狂风、暴雨、风暴潮等强烈的天气，是影响我国的主要灾害性天气系统之一。台风移近海岸时，狂风可引起大范围巨大的海潮，使沿海地区受到猛烈冲击。登陆台风带来的狂风暴雨常使建筑物、输电线路等地面设施遭受严重破坏，对裸露在大气中，以自然风为动力的风力发电机组叶轮构成了很大的威胁，轻者引起发电机组部件损伤，重者造成叶片损坏甚至塔架倾覆。

(2)低温

温度条件也是风电场建设要考虑的一个重要因素。低温下发电机组的运行状况、零部件的性能、机组的可维护性等方面将发生变化。例如随着温度的降低，空气密度将增大，可能使风力发电机组出现过载现象;一般金属材料的疲劳极限随温度的降低而降低，许多主要零部件在高寒环境下存在低温疲劳问题，特别是焊缝处容易脆断破裂;电子电气器件功能受温度影响也较大;有些类型风力发电机组在正常运行时，如温度低于-20度，风速超过额定值后，会产生无规律叶片瞬间振动现象，可导致机组振动迅速增加，影响机组正常发电，后者造成机组停机，同时也可能造成叶片损伤。另外，风力发电机组所使用的油品在低温时流动性变得很差，致使机组难以运转，进而危及设备安全运行。

(3)积冰

积冰是指地面树木，设施等物体表面产生的结冰现象，也称覆冰。积冰对风电场及导线线路有很大的危害，不仅增加了导线、杆件等的垂直载荷，而且使导线、杆件等的界面增大，从而增大机构的挡风面积，使风载荷增加，在积冰严重的地区有时会遭致导线跳头、扭断甚至拉断或结构倒塌等事故。

(4)雷暴

雷暴是积雨云在强烈发展阶段产生的雷电现象。雷暴过境时，气象要素和天气变化都很剧烈，常伴有大风、暴雨以至冰雹和龙卷风，是一种局地性的但却很猛烈的灾害性天气。由于风力发电机组和电线线路多建在空旷地带，处于雷雨云形成的大气电场中，相对于周围环境，往往成为十分突出的目标，很容易发生尖端放电而被雷电击中，雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏，发电机绝缘击穿，控制元件烧毁等，致使设备和线路遭受严重破坏，即使没有被雷电直接击中，也可能因静电和电磁感应引起高幅值的雷电压行波，并在终端产生一定的入地雷电流，造成不同程度的危害。

(5)沙尘暴

沙尘暴是指强风将地面大量沙尘卷入空中，使空气混浊，水平能见度小于1km的天气现象。而强沙尘暴则是使空气非常混浊，水平能见度小于500m的天气现象。

沙尘暴发生时，往往狂风大作，黄沙滚滚，遮天蔽日，天空呈土黄色，甚至红黄色，阳光昏暗，能见度非常低，严重时甚至伸手不见五指，强风可吹倒或拔起大树、电杆，刮断输电线路，毁坏建筑物和地面设施，造成人畜伤亡，破坏力极大。

对于风电场来说，沙尘暴的危害是多方面的。首先，沙尘暴都伴随有大风，强沙尘暴风力达8级以上，甚至有的可达12级，相当于台风登陆的风力，大风对风电场的破坏力已不言而喻。其次是大风夹带的沙粒及黄豆大小乃至核桃大的石块还会击打、磨蚀建筑物和其他裸露物体的表面，不仅会使风电机组叶片的表面受到严重磨损，而且还会使叶片表面出现凹凸不平的坑洞，影响风电机组出力，同时严重破坏叶片表面的强度和韧性以及叶片整体的强度，对风电场仪器设备构成较大的危害。另外，沙尘暴在以排山倒海之势向前移动时，还驱动着下层的沙粒也随之一起前行，遇到迎风和隆起的地形，沙尘暴可对土壤造成不同程度的刮蚀，每次风蚀深度可达1～10cm;遇到背风凹洼的地形或障碍物时，随风而至的大量沙尘又会造成沙埋，严重的沙埋深度可达1m以上。

如风电场建在迎风坡或地势较高的地区，沙尘暴对土地的刮蚀，会对塔基的牢固程度造成影响，在背风坡或地势低洼的地区，其沙埋作用又可使塔架的高度发生变化，影响风能吸收和转换。

（编辑：韩语）

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