临汾市风能资源区划分析

吴海婷等

摘 要：为了明确临汾市境内风电资源的丰匮及其分布状况，区划出风电可利用区和不宜开发区，将临汾市所辖17个县（市、区）气象观测站点的2000—2011年自记逐时风向风速资料进行了平均风速、有效风速时数、平均有效风能密度和划分有效风能区域的分析，绘制出全市年均风能密度和风能区划图。结果表明：市内的蒲县、隰县中东部和汾西县中西部的南吕梁山区，是临汾市风能资源最丰富的区域，符合可开发条件，为日后开发利用提供了依据。总体而言，临汾市属风电资源欠丰富区。但是，境内地势较高的连片山区，如南吕梁山区依然存有风电资源可利用区，具备开发利用的基本条件。

关键词：有效风力；有效风能；风能区划

中图分类号：P425.6+3 文献标志码：A 论文编号：2013-0321

District Division Analysis of Wind Energy Resource in Linfen City

Wu Haiting1， Li Lin2， Cao Qiaolian1， Li Guoqiang1， Wang Wenping1， Guo Jie1

（1Linfen Meteorology Bureau of Shanxi Province， Linfen 041000， Shanxi， China；

2Anyang Meteorological Bureau of Henan Province， Anyang 455000， Henan， China）

Abstract： In order to clarify the abundance， scarcity and distribution of wind power resources of Linfen， and divide the areas into wind power available and unavailable zones， the author analyzed the average wind speed， hours of effective wind speed， average effective wind energy density and the division of effective wind energy area based on the self-recording hourly wind data of meteorological observation stations in 17 counties （cities， districts） belonging to Linfen from 2000-2011， and plot the citys average annual wind energy density and wind zoning map. The results showed that： Pu County， mid-east of Xi County and south of Lvliang located in the mid-west of Fenxi County were regions that had the most abundant wind energy resources in the city， which also in accordance with the development conditions， it provided foundation for future development and utilization of wind energy resources. In general， Linfen was less abundant wind resource areas. However， the contiguous high mountain terrain in Linfen， such as south of Lvliang， still existed wind power resources available areas， and qualified for development and utilization.

Key words： Effective Wind Force； Effective Wind Energy； Wind Energy Division

0 引言

本研究给临汾市区划出可开发的风能区域，为当地利用风能资源选址提供了依据。有研究指出，按年有效风能时数的多少和年有效风能密度的大小，将中国的风能资源划分为风能丰富区、较丰富区、可利用区和匮乏区4类，临汾市被划归匮乏区。但是，临汾市地势复杂，汾河从中贯穿南北，东西是丘陵山区，海拔1000～2200 m，山区常年风力较大，能否开发市山区县风能资源是本研究课题的着眼点。在有研究的基础上，通过风资料站点的加密处理，对市辖全部17个县（市、区）气象观测站2000—2011年逐时自计风向风速资料进行了分析，得知蒲县年有效风速时数5412 h，年有效风能密度131 W/m2，年有效风速频率42%，该县相邻的隰县、汾西县的年有效风速时数和年有效风能密度，也都达到风能较丰富区或可利用区的要求。认为以蒲县为中心、联合隰县、汾西县在南吕梁山区建设小范围的风力发电网，利用这里的风电资源是可行的[1-7]。

1 资料与方法

1.1 资料来源

利用临汾市所辖17个县（市、区）气象观测站2000—2011年连续自动逐时记录的风向风速数据。

1.2 研究方法

在获取各观测站点有效风速（≥3 m/s）资料的基础上，将有效风速的大小结合其相应出现的时数换算成有效风能密度，然后再分别统计计算出各站点年有效风能时数、有效风速频率和年有效风能密度，将数值分别标注到临汾市行政地图上，按照朱瑞兆等提供的全国划分风能资源标准，区划出临汾市风能资源的可利用区域。

2 结果与分析

2.1 有效风能时数

目前，评价一个地区风能资源的大小，主要通过统计计算当地年有效风速时数和年有效风能密度这2项指标来认定。年有效风速（3～20 m/s）时数，可从所辖各县（市、区）气象局（站）的连续自计风向风速记录中获取。表1是临汾市17县（市、区）2000—2011年有效风能总时数统计。

由表1可知，临汾市有效风速时数以西部的南吕梁山区大，隰县、蒲县、汾西3县年有效风速时数>2000 h，尤其以蒲县达5412 h，为全市最大；时数最小的区域出现在黄河沿岸的永和县、乡宁县，≤720 h，比汾河谷地各平川县（市、区）还小；东部山区也不大，在1329～1504 h之间，以浮山县1504 h为东部山区最大，安泽县次之。

按季月划分，以春季（3—5月）为大，达584.7 h，占年总时数的37%，尤以4月最大，208.1 h；以秋季至冬季为小，9—12月平均96.5 h，其中10月份92.8 h为全年最小，见图1。

2.2 平均有效风能密度

本研究指3～20 m/s风速的平均风能密度，利用此风速频率按公式（1）～（2）计算获得。

设风力机的启动风速为V1，定额风速为V2。本研究选用V1=3 m/s；V2=20 m/s，则满足：

设T为该地某年（月）内有效风速的总时数，则：

式中：—欲求的平均有效风能密度（W/m2）；ρ—空气密度，取1.225 kg/m3；Ni—各有效风力（Vi）的出现时数（h）。

按上式要求，对临汾市17县（市、区）2000—2011年平均有效风能密度进行求算，其结果见图2。

由图2可知，临汾市风能密度以蒲县为中心的南吕梁山区最大，蒲县、隰县年均风能密度>100 W/m2，为全市最大区域；沿黄河东岸的永和县、吉县、乡宁县及古县为全市小区域，年均<50 W/m2；其他平川地区和东部山区各县，年均有效风能密度50.3～72.6 W/m2之间，为全市中等。

临汾市年均风能密度的季、月分布：以冬、春季为大，12月—次年5月，月均>5 W/m2，其中尤以3月份最大，达7.44 W/m2；6—11月的夏、秋季，风能密度小，月均<5 W/m2，尤以8月最小，只有3.8 W/m2。其地域分布，蒲县12月—次年5月，月均风能密度≥12.13 W/m2，6—11月平均7.5 W/m2，为全市最大。年均风能密度小的永和县、乡宁县、古县1—12月，月风能密度均<4 W/m2，永和县12个月均<3 W/m2，是全市风能密度最小。

2.3 风能区划

在探明临汾市风能资源分布状况、了解各地风能资源差异的基础上，将临汾市的风能资源进行了区划，区划的指标有3条[8-11]：

（1）年均有效风能密度的大小和年有效风速可利用小时数的多少为区划的一级指标，其具体规定见表2。

（2）风能的季节变化作为区划的2级指标。各季风能密度大小和有效风能时数多少，从大到小按序排位，以1、2、3、4分别代表春、夏、秋、冬4季。例如，春季有效风能密度和有效风速时数最大，冬季次之，就用“1、4”来表示，其他类推。

（3）风力机的最大风速设计，作为区划的3级指标。一般取当地有一定重现期的最大风速，以风力机30年寿命为基准，可分成4级：风速>35～40 m/s为特强最大设计风速，称为特强压型（a）；风速30～35 m/s为强压型（b）；25～30 m/s为中压型（c）；<25 m/s为弱压型（d）。临汾市取弱压（d）型。

按照上述3条风能区划指标，采取重叠法对临汾市风能资源进行区划，其结果见图3。

由图3可知，隰县、蒲县的中东部和汾西县中西部的南吕梁山区，是临汾市风能资源大的区域，属风能资源可利用区。风能资源以春季最大，冬季次之，可安装弱压（d）型风力机发电。临汾市其他14个县（市、区）均属风能资源贫乏区，不宜开发。

3 结论

本研究利用2000—2011年临汾市所辖17个县（市、区）气象站的风向风速等自记记录，进行了年有效风能时数和年有效风能密度的统计计算，并按风能资源区划指标进行了区划分析。由分析可知，辖区内隰县、蒲县的中东部和汾西县中西部的南吕梁山区，是临汾市风能资源最大区域，符合可开采利用条件，这为这里风电选址和可行报告的编制提供了科学依据[12-15]。

4 讨论

（1）总体而言，临汾市的风力资源比较匮乏。但是，本研究对临汾市风力资源进行区划时发现，有蒲县等3个山区县，由于地势较高，风力资源达到可利用区的要求。因此，本研究成果可为蒲县、隰县、汾西县联网（或单独）开发利用当地风能资源提供依据。

（2）所取蒲县、隰县、汾西县的年有效风力资料，均来源于该县城郊气象观测站，站址相对平坦，其周围均为丘陵（甚至山）区，相对高度差约100～200 m。按风速随高度变化的指数公式（3）计算。

V=V0[H/H0]n…（3）

式中：V为距地面H高度处的风速（m/s）；V0为高度H0处（即离地面10 m高处）的风速（m/s）；n为幂指数，其大小取决于大气稳定度和地面粗糙度，本地为硬地面，基本光滑，可取0.1。

则：V=V0[H/H0]0.1>V0…（4）

即近郊山上的风速比气象观测站的风速大，如果在近郊山上设置风力发电网，则所获有效风能要大于本研究结果。

（3）将临汾市17县（市、区）2000—2011年各月平均有效风能密度值列于表（表略），分析可知：蒲县、隰县、汾西县的平均有效风能密度的月际变化，具有明显的规律性，均以冬末至春初为大，夏末至秋初为小；最大值出现在3月，次大值出现在2、4月，其量值与最大值接近；月最小值出现在8月，次小值出现在9、10月，量值都很接近。这种风能密度月、季变化的规律性和规律的同步性，都有利于该3县联网利用风电。

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