淺談氣象能源的開發(fā)與利用

胡敏哲 蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院

淺談氣象能源的開發(fā)與利用

胡敏哲 蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院

本文主要討論氣象能源的特點(diǎn)以及利用氣象學(xué)手段研究和開發(fā)氣象能源，指出開發(fā)氣象能源的重要性，說明氣象部門在氣象能源的研究上須在資源評估、預(yù)報(bào)保障、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防御三個(gè)方面繼續(xù)努力并發(fā)布相關(guān)氣象信息服務(wù)以實(shí)現(xiàn)同其它部門、單位的資源共享。

世界能源現(xiàn)狀;氣象能源;氣象學(xué)研究氣象能源的方法;氣象信息發(fā)布

能源發(fā)展問題始終與國際政治、安全和經(jīng)濟(jì)形勢密切相關(guān)。進(jìn)入21世紀(jì)以來經(jīng)濟(jì)全球化給世界各國既帶來了更均衡合理分配地球上能源資源的機(jī)遇，也使國際關(guān)系在能源方面面臨著許多問題和挑戰(zhàn)。

1.世界能源的現(xiàn)狀及趨勢

1.1 能源的需求現(xiàn)狀

目前能源的總需求仍然以化石燃料為代表的常規(guī)能源(石油、天然氣和煤炭)為主，可再生能源、核能等新能源并存的多樣化能源格局。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，今后10～25年常規(guī)能源消耗將保持在總的能源消耗的80%左右。石油依然是重要的能源，將保證全球能源需求的約40%。其后是天然氣(28%)、煤炭(20%)、可再生能源(7%)和核能(5%)。2004年世界能源消耗構(gòu)成中常規(guī)能源占87.7%，具體見表1。

表1 2004年世界能源構(gòu)成統(tǒng)計(jì)表

1.2 世界能源問題

1.2.1 能源分布不均引發(fā)國際爭端

以常規(guī)能源中所占比重最大的石油來說，在空間分布上極不均衡。從東西半球看，主要集中于東半球（占總量的3/4）；從南北半球看，主要集中在北半球；從緯度上看，主要集中在兩大緯度帶。第一個(gè)集中緯度帶，北緯20～40度，擁有世界最大的波斯灣、墨西哥灣和北非產(chǎn)油區(qū)，產(chǎn)油量占全球產(chǎn)油量的51.3%。第二個(gè)集中緯度帶，北緯50～70度，擁有世界著名的北海產(chǎn)油區(qū)、伏爾加及西伯利亞產(chǎn)油區(qū)和阿拉斯加灣產(chǎn)油區(qū)。根據(jù)2004年BP世界能源統(tǒng)計(jì)，截止到2003年年底，全世界剩余石油探明可采儲量為1565.8億噸。全球七大產(chǎn)油區(qū)依次為：中東（63.3%）、俄羅斯/獨(dú)聯(lián)體、北美（5.5%）、亞太、南美（8.9%）、非洲（8.9%）和歐洲（9.2%）。其中，中東地區(qū)以160.8億噸的儲量位居榜首。

全球石油分布不均導(dǎo)致三次石油危機(jī)，（1）由于第四次中東戰(zhàn)爭爆發(fā)導(dǎo)致第一次危機(jī)（1973年10月）；（2）由于伊朗政局變化（伊朗親美的溫和派國王巴列維下臺）加上兩伊戰(zhàn)爭導(dǎo)致第二次危機(jī)（1978年底）；（3）由于伊拉克攻占科威特以后導(dǎo)致第三次危機(jī)（1990年8月初）。三次石油危機(jī)對世界經(jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重的沖擊，所有工業(yè)化國家的經(jīng)濟(jì)增長在石油危機(jī)中都明顯放慢。

1.2.2 常規(guī)能源日趨枯竭引發(fā)經(jīng)濟(jì)衰退

由于石油、煤炭等目前大量使用的傳統(tǒng)化石能源枯竭，同時(shí)新的能源生產(chǎn)供應(yīng)體系又未能建立而在交通運(yùn)輸、金融業(yè)、工商業(yè)等方面造成的一系列問題統(tǒng)稱能源危機(jī)。根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)家和科學(xué)家的普遍估計(jì)，到2100年左右，石油資源將會開采殆盡，其價(jià)格升到很高，不適于大眾化普及應(yīng)用的時(shí)候，如果新的能源體系尚未建立，能源危機(jī)將席卷全球，尤以歐美極大依賴于石油資源的發(fā)達(dá)國家受害為重。最嚴(yán)重的狀態(tài)，莫過于工業(yè)大幅度萎縮，或甚至因?yàn)閾屨际Ｓ嗟氖唾Y源而引發(fā)戰(zhàn)爭。

1.2.3 大量使用常規(guī)能源引發(fā)環(huán)境問題

大量使用常規(guī)能源，引發(fā)嚴(yán)重的大氣環(huán)境問題，目前全球三大大氣環(huán)境問題（全球變暖、酸雨、臭氧空洞），都和大量使用以石油為主的常規(guī)能源有關(guān)。

2.氣象能源及其特點(diǎn)

2.1 氣象能源的概念

人們將氣象要素直接產(chǎn)生的能源成為氣象能源，主要包括太陽能和風(fēng)能。

2.2 氣象能源的優(yōu)越性

2.2.1 它可以作為永久性的能源。太陽至少還可像現(xiàn)在這樣有60億年，可以被人類利用。風(fēng)能伴隨太陽能而存在。

2.2.2 儲量巨大。太陽每秒鐘要輻射巨大的能量,雖然只有幾十億分之一的能量到達(dá)地球的大氣上界,但這個(gè)能量約為180×10^12kW,是目前全世界能量消耗的幾萬倍。風(fēng)能是目前全世界能量消耗的三千倍。

2.2.3 它普遍存在，無需運(yùn)輸。地球上任何地方都存在氣象能源,因而利用它可以就地取能,不必運(yùn)輸。

2.2.4 它不污染環(huán)境、不破壞生態(tài)。氣象能源是一種清潔的、無污染的能源。這在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天,使人們越加重視對氣象能源的研究和利用。

3.借助氣象學(xué)手段研究和開發(fā)氣象能源

3.1.根據(jù)氣象因子對我國太陽能資源進(jìn)行區(qū)劃

我國的太陽能資源進(jìn)行基本的區(qū)劃研究是1980年進(jìn)行的，當(dāng)時(shí)中國氣象科學(xué)研究院、中國科學(xué)院能源所、中國農(nóng)業(yè)工程研究院等單位通過對全國700個(gè)站點(diǎn)的資料進(jìn)行計(jì)算，并分析各站多年平均日照百分率的年變化曲線，以年變化曲線中的最大值（峰值）出現(xiàn)的月份（季節(jié)）作為區(qū)劃劃分的一級標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此將全國劃分為三個(gè)帶：A帶（主峰值出現(xiàn)在秋季9～10月）；B帶（主峰值出現(xiàn)在冬季12～2月）；C帶（主峰值出現(xiàn)在夏季6～8月）。

1982年王炳忠以太陽能資源的年總量為一級區(qū)劃指標(biāo)，日照時(shí)數(shù)≥6h的天數(shù)出現(xiàn)最多和最少的月份分布為二級區(qū)劃指標(biāo)，日間太陽能利用的有利時(shí)段為三級區(qū)劃指標(biāo)，對全國太陽能資源進(jìn)行區(qū)劃，見表2。

3.2 根據(jù)氣象因子對我國風(fēng)能資源進(jìn)行區(qū)劃

根據(jù)研究我國風(fēng)能潛力可劃分為四類區(qū)域，具體見表2及表3。

表2

表3

我國風(fēng)能豐富區(qū)主要分布在東南沿海、山東、遼寧沿海及其海上島嶼、內(nèi)蒙古北部及新疆山口風(fēng)區(qū)，松花江平原；風(fēng)能較豐富區(qū)主要分布在青藏高原；風(fēng)能可利用區(qū)主要分布在兩廣及福建沿海，東部沿海平原，東北大小興安嶺及長白山地區(qū)，三江平原，華北、西北及青藏高原的東部和南部地區(qū)；風(fēng)能貧乏區(qū)主要分布在以四川為中心向四周擴(kuò)展的地區(qū)，雅魯贊布江河谷，塔里木盆地。

4.要使氣象能源成為人類利用的主要能源還需很大的努力

4.1.氣象能源利用上困難較大

首先，氣象能源的總能量雖然巨大，但是集中，能量往往在一個(gè)時(shí)間段、在一個(gè)地區(qū)幾種釋放，而且氣象能源的分布面很廣，能量密度較低。其次，氣象能源的穩(wěn)定性差，很難找到合適的儀器捕捉并儲存這些能源。

4.2.氣象能源的研究只停留在調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、區(qū)劃等初級階段，氣象能源的研究還需在如下方面繼續(xù)加強(qiáng)

一是在資源評估方面，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對近海風(fēng)能資源的調(diào)查工作，目前近海只是設(shè)置了少量的觀測塔，尚不能很好地解決問題，加強(qiáng)數(shù)值模式與觀測塔評估的綜合運(yùn)用，將是未來風(fēng)能資源詳查方面的重點(diǎn)。二是預(yù)報(bào)保障方面，包括高分辨率和高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的風(fēng)電功率預(yù)報(bào)系統(tǒng)，以及太陽能發(fā)電和熱利用預(yù)報(bào)技術(shù)方面，目前國內(nèi)還處于起步階段。三是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防御，包括臺風(fēng)、高溫、雷擊、低溫、高濕等一系列災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)對電站選址的影響，極端天氣對風(fēng)電場、太陽能電站、電網(wǎng)等的相關(guān)監(jiān)測、預(yù)警技術(shù)等，以便更好地滿足將來非化石能源市場發(fā)展的服務(wù)需求。

4.3.氣象能源的研究和利用應(yīng)該做到資源共享，長期氣象信息服務(wù)

作為一種氣象資源，風(fēng)能、太陽能資源來源于最基本的氣象要素，同時(shí)影響風(fēng)能、太陽能資源的氣象因素眾多，如云量的空間分布、氣溶膠的影響、極端溫度、特強(qiáng)沙塵暴等都會對太陽能利用產(chǎn)生影響。所以，開發(fā)風(fēng)能、太陽能資源離不開氣象信息服務(wù)，尤其是長期觀測得出的氣象信息的基礎(chǔ)氣候信息的支持。只有做好這些前期“勘探”工作，才能開展后續(xù)一系列的開發(fā)利用工作。

[1]胡毅，等.應(yīng)用氣象學(xué).氣象出版社

[2]王炳忠.太陽輻射能的測量與標(biāo)準(zhǔn).科學(xué)出版社

[3]王炳忠.中國太陽能資源利用區(qū)劃.太陽能學(xué)報(bào).1983年03期

[4]朱瑞兆，薛桁.中國風(fēng)能區(qū)劃.太陽能學(xué)報(bào).1983年02期

[5]世界能源供需現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析.中國能源報(bào)

[6]黃美元，徐華英.大氣環(huán)境學(xué).氣象出版社

[7]巢清塵.我國風(fēng)能、太陽能資源利用前景.中國社會科學(xué)報(bào)

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.001