未来风能资源普查评价技术的发展研究

邹璐

摘   要：风力发电建设的前期关键工作就是对风能资源的普查和评估，风能评估技术决定着评估结果的准确性。文章在分析风能资源评估重要性的基础上，对风能资源评估技术方法进行了简要概述。同时，对我国风能资源普查评价技术的发展进行了分析，并对风能资源评估技术前景进行了展望。

关键词：风能;风能资源评估技术;评估方法;风电场

人类当前面临的能源危机已经越来越严峻，国内外对新能源开发、利用技术都给予了高度重视。风能作为一种经济、环保的可再生清洁能源，受到世界各国的青睐。通过建设大型风电场，利用风力发电来缓减我国目前电力供应紧张的问题显得尤为重要。在制定风电场建设发展规划时，需要先对风能资源进行评估，弄清我国风能资源的分布状态，从而有针对性地建设风力发电基地。因此，对风能资源普查评价技术方法的研究成为当务之急。

1    风能资源评估的重要性

在建設风电场、对风能进行开发利用时，需要了解风能资源的时空分布情况，也就是对风能资源进行评估，据此选择正确的风电场址和合适的风力机机位，这对保障风能的开发、发电的顺利进行和高效利用风能资源具有重要的意义。

首先，风能资源评估有利于我国科学规划风电开发计划。我国是一个能源消耗大国，对可再生能源尤其是风能的开发是长期发展目标，但如何实现风能的合理开发，需要清楚地了解哪些区域有优良的风能资源以及其具体的风电开发潜力，客观、准确的风能资源评估结果将为制定风电开发优化项目计划提供科学的理论支撑。

其次，风能资源评估数据的准确度决定着风电场建设的成败。风能资源的丰富度及优劣度决定着风力发电量的多少，影响着发电成本和风电场的经济效益。微小的风速变化都会导致风电场商业价值的较大波动。精确、可靠的风资源评估结果决定着风电场的选址和电场的正常运营，是保证风电场投资成功的关键。精确的风能资源评估报告可以为投资商提供决策性支持，帮助其投资好的风电场，对于投资不太理想的风场，还可以通过评估结果讨论分析，找出可能存在的原因，采取适当的弥补措施。可见，精确的风能资源评估是风电开发工程中极为重要的环节之一。

2    风能资源评估技术方法简述

对风能资源进行评估的技术方法有3种：利用气象站历史观测资料进行评估，利用气象塔观测资料进行评估和利用风能资源评估的数值模拟方式进行评估[1]。

依据气象站历史观测数据进行风能评估，其结果不够准确，因为气象站所测得风的高度在10 m左右，而风机的轮毂高度大多数都在50～70 m，不同高度的风速变化受外在因素的影响是不同的，从10 m高度的风能资源数据推断风机轮毂高度的风能资源数据是不客观也不够准确的，而且部分气象站由于周围建筑环境的影响，测量数据还存在着严重的失真，以此为基础所做出的评估结果当然就不会太准确，给风电场的选址和规划带来诸多困难。此外，我国各气象站的间距为50～200 km，东部沿海地区由于风力丰富，气象站分布相对密集，西部地区气象站设置较为稀少，那么西部的统计分析结果会就存在较大的误差，即使是分布较密的东部地区也只能从宏观上大致反映我国风能资源的分布趋势 ，都不能较准确、定量地确定某个局部区域可开发风能资源的范围和储量。另外，我国的气象站为了操作便捷，多数分部于人口密集的城镇近郊，风速相对较小，也是一个影响风能资源评估结果的原因。因此，以气象站观测数据为参考的风能资源评估难以满足我国制定风电发展规划对风能资源准确评估的要求。

印度曾经通过设立测风塔来观测风力数值，但由于测风资料都是不同时段的，所得结果也不统一，因此，测风塔所测得结果的准确度也有不足，而且设立测风塔观测需耗费大量的人力、物力，大范围内建立密集的观测网是不现实的，更不可能像气象站一样进行常年观测。因此，依靠测风塔的观测资料进行区域风能资源评估是不经济且难以执行的。

近年来，国外应用数值模拟的方法发展了许多较为成熟的风能资源评估系统软件，典型代表有丹麦的风图分析和应用程序（Wind Atlas Analysis and Application Program，WAsP），这是一种能独立对风资源进行三维分析的软件，的主要特点是利用地转风和单点的测风资料推算周围区域风场的风资源分布，在对某地区风资源进行分析时，充分考虑了该地区不同的地形表面粗糙度以及由附近建筑物或其他障碍物所引起的屏蔽因素带来的影响，同时还对山丘和复杂场地所引起的风变化情况予以考虑，从而使得估算出的风资源分布相对真实一些。此外，它可以依据某地区的风资源情部分，通过计算推导出另一地的风资源，这对偏远且缺乏气象资料收集地区是很有帮助的。

3    我国风能资源普查评价技术发展研究

3.1  全国陆上风能资源专业观测网的建立

为了做好全国风能资源的详细普查以及评价工作，我国气象局在大陆风能资源充足的区域根据一定的风资源选址规划和统一的规范标准，设立了多座测风塔，各测风塔数据联网共享、标准统一，实现了全国陆上风能资源专业观测网的初步建立，为开展风能预报业务和风电场后评估提供基础保障[2]。

3.2  风能资源评估系统的研发

美国、加拿大和丹麦等国在风能数值模拟评估方面的研究较早，技术也相对成熟，我国在认真研究其科研经验后加以借鉴，并根据自身的地理、气候特点，对国外的风能数值模拟评估进行了改良和优化，研发出适合我国实际的风能资源评估系统（Wind Energy Resource Analysis System，WERAS/CMA），模拟分辨率精度得到大大提高，充分满足了风电场选址和规划需求[3]。

3.3  风能资源计算评估系统的研发

在原有风能资源计算评估技术规范的基础上，我国又研制出特有的仪器设置和数据采集方式，以适用于风能专业观测网一体化观测系统，增加了一系列附加功能，实现各种观测仪器原始数据格式的标准统一，并对原始数据的质量予以检查，发现缺测、漏测数据后自动插补订正，所有观测数据实现统一的数据库管理，大大降低了计算评估过程中不同数据的处理速度，使参数计算和报告编制满足各方需要。

3.4  风能资源数据库共享系统的建设

利用网络技术建立统一的数据库处理系统，使测风塔观测数据的采集和传输都得到及时处理，同时对质量的严格控制以及数据的统计和加工、分发、存储等一系工作实现自动按序运行。可以通过分级管理使全国风能资源数据得以共享，将风能的基础数据、评估参数以及图表结果等很方便地传送到全社会的各个层面，为人们及时获取数据资料提供了便利。

4    我国风能资源评估技术的发展展望

数值模拟技术从理论基础上讲，是建立在对边界层大气动力和热力运动数学物理描述基础上的，是通过精密计算得出的数据结果，比仅依靠气象站观测数据的空间插值方法得到的数据要准确很多，这些在国外早有研究。实证研究表明，数值模拟方法所测得的风能资源空间分布精准度相较其他方法更高一些，更有助于风能资源的面积和风机轮毂高度可开发风能储量的精确定位，可以为风电开发的中长期规划和风电场建设提供更好的科学依据。将数值模拟技术应用于风能资源评估是一个很好的方法，但是模拟数值有时也会存在一些偏差，需要联合测风塔以及气象站的观测数据进行修正，以达到所获取的区域风能资源分布更加准确的效果。由此来看，数值模拟与测风塔观测和气象站观测相结合是较为成熟的风能资源评估方式。

目前，国外在利用数值模拟开展风能资源评估时，通常采用的方法是：中尺度模式+小尺度模式。进行风能资源评估一般分3步，即普查、详查和风电场选址。在普查阶段，一般只须了解清楚所测区域风能的宏觀分布，选用中尺度数值模式进行数值模拟即可。在风能资源的详查阶段，对数值模拟结果的分辨率要求有所提高，要想满足风电发展规划需求，必须使所得结果分辨率达到1 km才行[4]。对于地势好的地区，采用中尺度数值模式还行，但对于地形凹凸不平的地区来说，近地层的风速分布利用中尺度模式所得结果就不太准确了，这时需要采用小尺度模式。我国地形条件复杂，土地面积很大，风能资源丰富，迫切需要自主发展小尺度数值模式。因此，有自主知识产权的小尺度数值模式将是未来我国数值模拟评估方法的发展方向。

5    结语

风能作为一种储量大、清洁环保的可再生能源，将是补充我国电力紧缺的主要能源之一。因此，评估风能资源，清楚我国风能资源的分布状况，进而大力发展风电建设成为我国的当务之急，对风能资源评估技术的研究为我国大规模的风电建设提供了技术支撑。

[参考文献]

[1]李泽椿，朱蓉，何晓凤，等.风能资源评估技术方法研究[J].气象学报，2007（5）：708-717.

[2]佚名.中国风能资源的详查和评估[J].风能，2011（8）：26-30.

[3]王秀秀.黄河三角洲风能资源研究[D].济南：山东师范大学，2009.

[4]陈超.风能资源的评价与利用概述[C].杭州：第26届中国气象学会年会气候资源应用研究分会，2009.