用于海面风功率预测的风速预报方法与海陆交界处风特征-研究

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1、第一章绪论第一章绪论1.1引言1.1.1本课题研究背景能源、环境问题是当今及未来人类生存和发展所要面对和解决的紧迫问题，表现为传统化石能源的枯竭以及化石能源的使用所造成的生态失衡。鉴于此，世界各国都在不遗余力的发展可再生的、清洁的新能源应用技术，如风能、太阳能、水能、生物质能、核能等。风所具有的能量是很大的，据有关计算，风速9in/s~10m/s的5级风吹到物体表面上的力约有lOkg/m2,20m/s的9级风吹到物体表面上的力可达50kg/m2。而且风力发电具有清洁无污染，施工周期短，投资灵活，安全性高的特点，因此成为目前可再生

2、能源发电技术中发展最快和最为成熟的一种。自19世纪末丹麦建成全球第一个风力发电装置，尤其是20世纪70年代石油危机出现以来，世界风电装机容量迅猛增长。1981年为15MW,1992年达到2652MW,2005年新装机容量11407MW,与2004年相比增长约40%，全球风电机组总量增长至60000MW的水平，相当于56座标准核电站。2002年欧洲风能协会和绿色和平组织指出风电在2020占到世界电量的12%在技术上是可行的，届时全世界风电装机将达到12.6亿kW。而在我国，气象部门曾在20世纪70~80年代进行过两次风能资源普查，估算

3、出中国陆地上的风能资源理论可开发的风能储量（10m高度层）为32.26亿KW，实际可开发量为2.53亿KW，近海离海面10m高的风能储量约为7.5亿KW。我国并网风力发电技术的试验开始于80年代，1983年山东最早引进了3台丹麦55KW风电机组，此后20年里我国风电装机容量以年均30%左右的速度递增，2000年达344.3MW，2001年达到410MW，2003年达到570WM，2005年达到1266MW，而05年以后风电装机容量进入了爆炸式的增长阶段，2006年新增风电容量1337MW,增长超过100%,2011年新增装机容量超过

4、20000MW，截止到2011年年底，我国累计装机容量达到6.5xl04MW，风力发电量700亿千瓦时。近年来，风力发电的一个明显的趋势是风电开发由陆基向海基的发展[']。陆地土地资源相对宝贵，且风力资源丰富区通常也是地理位置的偏远地区，这样就增加了风电传输成本，而沿海近岸风力资源环境较好，海上风力发电系统的设计开发也有很大发展。因此欧洲计划未来将更多的精力投向海上风力发电，美国能源部也制定了风力资源深海发展战略。我国近些年也针对海上风电加大了研究与支持力度，在沿海建立了不少大型风电场，如上海东海大桥10万KW海上示范风电场以及去年

5、年底刚刚正式投产发电的、目前全国规模最大的国电龙源如东15万KW海上示范风电厂等。风力发电在快速发展的同时也面临着不少的问题亟待解决。由于风本身的随机性和不确定1南京信息工程大学硕士学位论文性，使得风力发电具有波动性、间歇性和随机性的特点，这种特点是风电和其他传统发电方式，如火电、水电等的最主要的区别，也是目前制约风电快速、健康发展的最关键问题。当风电并网时，必须要考虑风电穿透功率极限问题。风电穿透功率（WindPowerPenetration)是指风电功率占系统总发电功率的比例，这个比例的大小目前并无定论，也不能一概而论，而是

6、取决于许多因素，比如电网结构、调度运行模式等。中国电力科学研究院[2_5]研究认为在风电穿透功率不超过8%时，我国电网一般不会出现较大的技术问题。我国的风力资源丰富区位于三北地区的戈壁、草原以及东部的岛峙和沿海地带。与欧洲的分布式、小规模、家庭式风力发电方式不同，我国大部分风电场是集中在建设在这些风力资源丰富区域内的大容量风电场（可达百万KW级）。这些地区多数缺少煤炭或者其他常规化石能源，而且冬春季节风速较大，降水偏少；夏季风速较小，降雨偏多，因此风能和水能具有非常好的季节互补，适宜大规模幵发利用风能。但这些地区很多地方人口又相对较

7、少，用电需求小，电网等基础设施建设也相对薄弱，这种情况下将具有间歇性、不稳定性的风能大规模的接入建设相对薄弱的电网势必会对电网造成更严重的影响，尤其当风力发电占总发电量的比例超过一定值之后，可能会影响整个电网的电能质量和电力系统的安全运行，严重时甚至会给当地整个电力系统造成难以承受的冲击[6]。如果我们能够对风电场的风速和发电功率做到比较准确的预测，则有利于电力系统调度部门必要时及时调整调度计划，这样便可有效的减轻风电对整个电网的影响，加速风电的产业化进程。风速预测是风电场规划设计中最基础的工作。对风电场做短期风速预测，再由风功率曲

8、线得到风力发电功率的预测值，这是进行风力发电功率预测的有效途径之一，因此我们可以从预测风速技术入手。本课题正是根据风力发电及电力系统发展的需要，对我国沿海地区风电场风速预测进行研究，分别进行时间分辨率为1小时的短期风速预测以及分辨率1