基于wrf模式的江苏沿海风能资源评估的研究

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1、第一章引言第一章引言1．1研究目的及意义20世纪以来，世界经济迅猛发展，能源工业大规模发展，石油、煤炭等化石能源广泛使用所引起的温室效应、生态问题等已经引起国际社会普遍关注。IPCC发表的第四次评估报告中指出，全球气候变暖对自然生态和人类生存环境已经产生并将继续产生显著影响，对可持续发展构成严重威胁。为了控制全球变暖，全球温室气体排放应尽早实现由升到降的转折【lJ。另外，能源危机也是近年来人类共同面临的一个世界性问题。因此，全球掀起了发展可再生能源的高潮。在可再生能源的开发利用中，风能是一种发展最快的清洁能源。开发利用风能有助予实现能源的安全性和多元化，减少温室气体排放，减少化石燃料造成

2、的环境污染，按火力发电标准煤耗3509／kw·h计算，风力发电场每年如发电1亿kw·h，则每年可节省标准煤3．5万t，相应减少的废气排放量C02为8022t、S02为672t、N02为382t、CO为9．7t等，开发利用风能的环境效益是巨大的121。风是地球表面上大气受到太阳辐射而引起的部分空气流动，是太阳能的一种转化形式。到达地球的太阳能约有2％可以转化为风能，据估计全球风能储量约为2．74×109MW，其中可开发利用量约为2x107MW，比全球可开发利用的水能总量还要大10倍【¨】。有人推算，只需地面风力的1％，就能满足全球发电量需要，风力是一个相当巨大的电力能源宝库[sl。我国风能

3、资源十分丰富，据中国气象科学研究院估算，全国陆地上可开发利用的风能约2．53亿kw，海上可开发利用风能约7．5亿kw【6】。我国近海风能资源约为陆上风能资源的3倍，开发前景广阔。我国有2万km的海岸线，沿海岛屿、滩涂、丘陵地带等都具备风电场建设的良好条件，尤其是江苏省沿海，现有滩涂总面积64x104hm2，占全国的1／4，居我国沿海各省、市之首。江苏省经济发达，是能源消费大省，但是江苏的一次性能源十分匮乏，是典型的能源输入型地区，能源和环境问题十分突出，面临着经济快速发展与供电能力不足、电网峰谷差值大，以及环境压力日益加大等问题，因此，开发风电资源是一种有效缓解电力紧张、减轻环境污染的有

4、效方法。江苏省风能资源丰富，是我国风能资源开发利用较早的省份。上世纪80年代的风能资源评估结果显示，江苏省风能蕴藏量约238万kw，居全国第10位，90年代初的评估也表明江苏省是可利用风能资源比率很高的省份，且风能资源丰富区主要集中在沿海地区【7】o因此，江苏沿海地区的风能资源开发利用很重要。1第一苹引言江苏有丰富的海岸线资源，沿海岛屿、滩涂、丘陵地带都具备风电场建设的良好条件，尤其是南部沿海的东台、如东、大丰3市所辖的浅海辐射沙洲，面积广大、地址条件好、无人居住，又靠近长三角经济带，可建设超过1000万kw的风电场，相当于三峡装机容量，是我国海上风电场建设的最佳地【引。江苏省沿海地区地

5、表平整，风速较大，且具有典型的季风特征，一年内风向交替变化，很有规律性。且日风速为白天风速大，风功率密度高，发电量多，夜间相对较小，与用电负荷曲线有着较好的吻合性，开发风电场的价值较高，是江苏省风电场的发展重点。在风能资源开发利用中，风能评估是风电场建设的前提和基础，准确掌握风机高度上的风力情况十分重要。受天气气候背景和地理环境的影响，风能在时空分布上具有很强的地域性，单纯利用气象台站和其他现有实测风资料已无法满足风能资源评估和风电场选址的需要，为了解决风能资源评估观测资料在空间分布密度和观测时间长度方面的限制，中、小尺度数值模式在风能资源评估中的得到了应用。本项研究将利用中尺度数值模式

6、WRF，对江苏沿海地区的风能资源进行综合评估，为风能资源开发利用提供科学依据。1．2国内外研究进展现有的风能资源评估技术手段主要基于气象站历史观测资料的评估、基于测风塔观测资料的评估及风能资源评估的数值模拟等三种。以往的研究多是基于气象站历史观测资料的评估，然而气象站测风高度只有10m，而风机的轮毂高度大多数都在50和70m、甚至100m，近地层风速随高度的变化取决于局地地形和地表条件以及大气稳定度，因此用10m高度的风能资源很难准确代表风机轮毂高度的风能资源。随着测风塔的布设，使高空风能资源的评估成为可能，但是由于测风塔测风资料的时段不统一，对风能资源的评估结果的准确性有一定的影响，且

7、测风塔对人力、物力的消耗较大，不可能在大范围内建立密集的观测网，也不可能像气象站一样进行常年观测，由此看来仅仅依靠测风塔的观测资料进行区域风能资源评估是不可行的。利用数值模式可以弥补观测资料在空间分布密度以及观测时间长度方面的不足，可以给出任意高度的高分辨率的风能资源分布，可以更精确地确定可开发风能资源的面积和风机轮毂高度的可开发风能储量。1．2．1国外研究进展风能资源评估是整个风电场建设、运行的重要环节，因此国内外对风场展开了一系