探析風(fēng)能資源評估及風(fēng)電發(fā)展前景

*通訊作者：逄增強(qiáng)，1987年10月，男，漢族，山東青島人，現(xiàn)任華潤電力技術(shù)研究院有限公司中級工程師，本科。研究方向：風(fēng)電項(xiàng)目風(fēng)資源評估，微觀選址等工作。

摘? ? 要：在世界能源緊缺的當(dāng)下，風(fēng)力發(fā)電得以迅猛發(fā)展。在風(fēng)電行業(yè)規(guī)?；l(fā)展的當(dāng)下，了解風(fēng)能資源是重要的工作內(nèi)容，對其風(fēng)場項(xiàng)目的開發(fā)起到了關(guān)鍵性的作用。本文對風(fēng)電項(xiàng)目中的風(fēng)能資源的評估方法及其問題進(jìn)行了分析，希望能為促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)未來可持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展提供有效建議

關(guān)鍵詞：風(fēng)能資源評估;風(fēng)電場;數(shù)值模擬

一、引言

在能源危機(jī)日益加劇的情況下，人們對可再生能源利用的關(guān)注度越來越高。風(fēng)能屬于可再生資源的一種，且其應(yīng)用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生污染。在發(fā)電成本逐步降低的當(dāng)下，風(fēng)能行業(yè)的競爭日益激烈。風(fēng)力發(fā)電場建設(shè)中選址是重要的工作內(nèi)容，對風(fēng)能資源評估是選址工作開始的首要步驟，會(huì)對風(fēng)力發(fā)電場的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接影響。

二、風(fēng)能資源評估程序

在2011年前的一段時(shí)期我國的風(fēng)電市場發(fā)展迅速，但同時(shí)暴露了許多問題嚴(yán)重阻礙了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。

（一）風(fēng)電技術(shù)薄弱阻礙我國風(fēng)能發(fā)電的健康有序發(fā)展

1. 風(fēng)電屬于新興產(chǎn)業(yè)，前期研發(fā)投入、風(fēng)電人才培養(yǎng)不足，導(dǎo)致技術(shù)不成熟，大型發(fā)電機(jī)組靠進(jìn)口，技術(shù)短期內(nèi)消化不了，增加了風(fēng)電成本。

2. 風(fēng)力發(fā)電由于風(fēng)能間歇性、隨機(jī)性的影響，是不穩(wěn)定的，因此需要大規(guī)模的電力儲(chǔ)存技術(shù)。目前，這項(xiàng)技術(shù)不完善導(dǎo)致風(fēng)電的電力出電具有波動(dòng)，電力系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3. 國家意識到大力發(fā)展風(fēng)電的必要性，但是沒有及時(shí)形成適合我國國情的統(tǒng)一的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致風(fēng)電企業(yè)管理不規(guī)范、技術(shù)不成熟，造成很多不必要的浪費(fèi)。

（二）現(xiàn)在壟斷的電力市場制約風(fēng)電的發(fā)展

我國的電力市場以計(jì)劃為主，電價(jià)有國家規(guī)定，幾乎不受市場經(jīng)濟(jì)的制約，導(dǎo)致市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境封閉。在政策有傾向時(shí)，盲目搶占市場上項(xiàng)目，但是技術(shù)水平跟不上市場發(fā)展速度，造成安全隱患，出現(xiàn)了不必要的事故，導(dǎo)致利潤下降，發(fā)展受阻。

（三）以我國目前的發(fā)展水平，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的快速發(fā)展與并網(wǎng)消納

國內(nèi)蘊(yùn)含豐富風(fēng)能的地區(qū)分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較低的西部地區(qū)，如新疆、冀北、甘肅、內(nèi)蒙等，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口分布密度的制約，使得風(fēng)電場當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生了供大于求的現(xiàn)象[2]。又因?yàn)轱L(fēng)電輸送距離和成本等問題，讓風(fēng)力發(fā)電廠處于極大的尷尬局面。

三、風(fēng)能資源評估方法

（一）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

整合該地區(qū)測風(fēng)塔觀測數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建不同數(shù)學(xué)模型，該地區(qū)風(fēng)能、風(fēng)功率等相關(guān)參數(shù)都是基于氣象站與測風(fēng)塔觀測數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)。數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法以本地區(qū)風(fēng)速參數(shù)為切入點(diǎn)，利用風(fēng)速統(tǒng)計(jì)來評估該地區(qū)風(fēng)能資源，在評估過程中也會(huì)涉及到矩陣法、極大似然估計(jì)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(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)性難以保證，可變性因素太多。

（二）數(shù)值模擬方法

收集案例地區(qū)地形地貌等相關(guān)信息，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)值，在此基礎(chǔ)上對該地區(qū)風(fēng)電場風(fēng)能資源進(jìn)行模擬，數(shù)值模擬方法以空氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)基本原理為載體，并結(jié)合中尺度數(shù)據(jù)來評估該地區(qū)所分布的風(fēng)能資源。

（三）風(fēng)能資源的評估

確定了風(fēng)速的分布函數(shù)及其參數(shù)，就可以求出平均風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度、有效小時(shí)數(shù)等指標(biāo)，再根據(jù)風(fēng)能資源評估標(biāo)準(zhǔn)就能對具體風(fēng)電場的風(fēng)能資源進(jìn)行評估。如圖1所示。

圖1 風(fēng)能資源示意圖

（四）評估方法分析

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

（五）風(fēng)能資源評估中存在的問題

1. 以氣象站觀測資料為依據(jù)進(jìn)行評估的問題

（1）氣象站只可觀測到10 m左右高度的風(fēng)能資源情況，無法對風(fēng)機(jī)輪轂高度的風(fēng)能資源進(jìn)行判斷。

（2）目前國內(nèi)所建的氣象站分布間距存在問題，對于區(qū)域的風(fēng)能資源覆蓋面積的測定并不準(zhǔn)確，也無法進(jìn)行準(zhǔn)確的風(fēng)能儲(chǔ)量判斷。

（3）大部分氣象站建于城鎮(zhèn)附近，因此難以得出準(zhǔn)確的風(fēng)能資源評估結(jié)果

2. 根據(jù)氣象塔觀測資料進(jìn)行評估的問題

（1）采用此方法進(jìn)行風(fēng)能資源觀測，所得出的測風(fēng)資料缺乏觀測時(shí)段的統(tǒng)一性，所得出的風(fēng)能資源評估結(jié)果并不準(zhǔn)確。

（2）在觀測過程中需消耗大量的人力及物力資源，無法進(jìn)行大規(guī)模觀測網(wǎng)的建立。

四、數(shù)值模擬評估技術(shù)應(yīng)用分析

（一）測風(fēng)塔的安裝

根據(jù)所了解的場址區(qū)域的風(fēng)能資料情況，結(jié)合氣象站的風(fēng)資源進(jìn)行初選風(fēng)電場場址測風(fēng)塔高度的判定，并對其進(jìn)行安裝。要對多個(gè)風(fēng)速儀及風(fēng)向標(biāo)安裝位置、高度及數(shù)量的確定，此外，還要對溫度計(jì)及氣壓計(jì)的安裝位置進(jìn)行測定。

（二）測風(fēng)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證

對風(fēng)電場觀測所得的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解數(shù)據(jù)是否合理與完整，并對缺失的數(shù)據(jù)及錯(cuò)誤數(shù)據(jù)找出后進(jìn)行處理，進(jìn)而得出一年內(nèi)持續(xù)的測風(fēng)數(shù)據(jù)信息[4]。完整性驗(yàn)證時(shí)要對各種高度的測風(fēng)數(shù)據(jù)與實(shí)際所需數(shù)據(jù)的數(shù)量是否一致進(jìn)行檢查。在合理性檢驗(yàn)時(shí)要對高度湍流強(qiáng)度值進(jìn)行判斷，確?，F(xiàn)場風(fēng)速、氣壓以及湍流強(qiáng)度都在合理范圍內(nèi)。此外，還要進(jìn)行相關(guān)性以及趨勢性檢驗(yàn)在合理性檢驗(yàn)時(shí)要對高度湍流強(qiáng)度值進(jìn)行判斷，確?，F(xiàn)場風(fēng)速、氣壓以及湍流強(qiáng)度都在合理范圍內(nèi)。此外，還要進(jìn)行相關(guān)性以及趨勢性檢驗(yàn)。

（三）數(shù)據(jù)處理

1. 缺測數(shù)據(jù)與不合理數(shù)據(jù)處理

如果部分觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)存在缺失，應(yīng)對缺測數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充處理。如存在不合理數(shù)據(jù)，對于所有高于相關(guān)性及趨勢檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，都應(yīng)使用其他高度的風(fēng)速與梯度K值的乘積所得出的數(shù)據(jù)作為替換。以現(xiàn)場觀測得到的不同高度的切變值進(jìn)行風(fēng)切變指數(shù)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(fēng)速。

2. 風(fēng)數(shù)據(jù)完整率的計(jì)算

測風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整率 = （應(yīng)測數(shù)目-缺測數(shù)目-無效數(shù)據(jù)數(shù)目）/應(yīng)測數(shù)目

3. 數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果

采集時(shí)間范圍為95%以上，最差應(yīng)該不低于90%。

通過對平均風(fēng)速、年有效風(fēng)能密度及有效小時(shí)數(shù)的計(jì)算可知，風(fēng)電場風(fēng)能蘊(yùn)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(fù)雜，海拔高度落差大，風(fēng)能儲(chǔ)備量很大，具有大力發(fā)展風(fēng)電的基礎(chǔ)條件。我國已經(jīng)研發(fā)出100多種不同裝機(jī)容量、不同類型的發(fā)電機(jī)組，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已初步形成，國家也對風(fēng)電產(chǎn)業(yè)予以極大的政策支持。但是，相對于發(fā)達(dá)國家，我國風(fēng)力發(fā)電從技術(shù)到普及程度都比較低。在高速發(fā)展的過程中，暴露出很多的問題，極大地阻礙了風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展。

五、我國風(fēng)電發(fā)展前景展望

隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，加快推動(dòng)我國風(fēng)電等可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有利于實(shí)現(xiàn)能源替代、優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，并滿足整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，同時(shí)也是目前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)核心發(fā)展目標(biāo)。基于此，風(fēng)電未來的發(fā)展方向?yàn)檎咄苿?dòng)競價(jià)配置與平價(jià)上網(wǎng)[5]。為促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量提升、技術(shù)進(jìn)步、加大投入以及降低成本，我國在風(fēng)電行業(yè)發(fā)展初期階段給予風(fēng)電行業(yè)政策支持，推動(dòng)競價(jià)配置、實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，積極促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

六、結(jié)束語

綜上所述，我國是世界最大風(fēng)電市場，風(fēng)力資源豐富，加快風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不僅可以有效推動(dòng)國內(nèi)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，也能為整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供基礎(chǔ)保障，靈活運(yùn)用各項(xiàng)政策為風(fēng)電企業(yè)發(fā)展給予大力支持，促進(jìn)技術(shù)及管理水平提高，從而實(shí)現(xiàn)我國風(fēng)電行業(yè)未來可持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王積建.風(fēng)電場運(yùn)行狀況分析及優(yōu)化[J].數(shù)學(xué)建模及其應(yīng)用， 2016.4.

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