從自然條件上分析佳木斯風(fēng)能資源開發(fā)的利與弊

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(1.佳木斯大學(xué),黑龍江 佳木斯 154007； 2.佳木斯市發(fā)展和改革委員會，黑龍江 佳木斯 154002)

0 引 言

風(fēng)是地球上一種自然現(xiàn)象，是由于地球表面輻射差額不同，形成溫差產(chǎn)生水平氣壓梯度從而引起的大規(guī)律空氣的流動(dòng)。

隨著世界性能源危機(jī)的日趨嚴(yán)重，特別是70年代全球石油漲價(jià)，產(chǎn)生石油危機(jī)，90年代初海灣戰(zhàn)爭爆發(fā)，其導(dǎo)火索也是能源。而水力發(fā)電為了建水庫，占農(nóng)田，遷居民，代價(jià)昂貴。因而，可再生、無污染的風(fēng)能又在世界各國崛起。風(fēng)能資源作為一種可再生的清潔能源的開發(fā)利用逐漸受到世界各國的普遍重視。

2010年的12月29日黑龍江省發(fā)展和改革委員會頒布《國家鼓勵(lì)的資源綜合利用認(rèn)定管理辦法》[1]，2012年黑龍江省人大常委會制定《黑龍江省氣候資源探測和保護(hù)條例》有關(guān)規(guī)定，表明黑龍江省對資源綜合開發(fā)利用的支持和重視[2]。

1 佳木斯開發(fā)風(fēng)能資源的優(yōu)勢條件

1.1 緯度條件

佳木斯市位于黑龍江省東北部三江平原腹地(如圖1)，位于東經(jīng)129°30′～135°08′；北緯44°51′～48°28′。北鄰鶴崗市、西鄰伊春市，南部與依蘭縣、七臺河市接壤，東北部以黑龍江、烏蘇里江為界，與俄羅斯隔江相望。西南部為小興安嶺余脈丘陵地區(qū)，其余均為三江平原。

圖1 佳木斯在黑龍江省的地理位置圖

從緯度上看佳木斯地處中緯度地區(qū)，處于西風(fēng)帶范圍內(nèi)，偏西風(fēng)是該地區(qū)的主要盛行氣流。佳木斯背靠著世界上最大的歐亞大陸，面對著世界上最大的太平洋，在此海陸間形成巨大的熱力差異，氣壓差也明顯比其它地區(qū)大，因冬夏季風(fēng)向隨季節(jié)變化明顯,佳木斯在中國氣候類型分布圖中處于溫帶季風(fēng)區(qū)。

1.2 大氣環(huán)流條件

從大氣環(huán)流狀況上看，夏季佳木斯受西太平洋副熱帶高壓西部東南季風(fēng)的影響，冬季則受強(qiáng)大的蒙古高壓西南偏西北風(fēng)的影響，冬夏形成較大的氣壓差，但夏季海陸間的氣壓梯度遠(yuǎn)小于冬季，因此佳木斯夏季風(fēng)速小于冬季、春季、秋季風(fēng)速，成為一年中平均風(fēng)速最小的月份，見表1。

表1 黑龍江省平均風(fēng)速最大、最小和大風(fēng)日最多的月份

圖2是黑龍江省平均網(wǎng)速分布圖，佳木斯所在的區(qū)域年平均風(fēng)速達(dá)到4 m/s，是在黑龍江省近地面風(fēng)能資源最豐富的地區(qū)。而圖3則是佳木斯常年風(fēng)向風(fēng)速平均頻率圖，圖中表明佳木斯常年風(fēng)向穩(wěn)定、風(fēng)速適中，因此是開發(fā)風(fēng)能的最佳之地[3]。

根據(jù)北半球中緯度大氣環(huán)流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及佳木斯所處的緯度，此處地面與高空風(fēng)向、風(fēng)速一致，常年吹偏西風(fēng)，風(fēng)向穩(wěn)定，而在高空則有一個(gè)風(fēng)速超過30 m/s的急流區(qū)地區(qū)，常年風(fēng)速都較大。佳木斯正好位于這樣一個(gè)風(fēng)速較大、風(fēng)向穩(wěn)定、風(fēng)能資源豐富的地區(qū)。

圖2 黑龍江省平均風(fēng)速分布圖

圖3 佳木斯歷年各風(fēng)向頻率玫瑰圖

1.3 地形條件

圖4是佳木斯地區(qū)地形地貌分布圖，從圖中看出佳木斯市地形地貌比較復(fù)雜，北、西、南有小興安嶺、老爺嶺、完達(dá)山余脈環(huán)繞，導(dǎo)致西南、西北較高，地勢逐漸從西北向東北緩降，在松花江水作用下形成低平的低平原。

圖4 佳木斯地區(qū)地形地貌分布圖

根據(jù)佳木斯地形特征分析，西南—東北是狹長的松花江谷地平原區(qū)(狹谷風(fēng))，在這個(gè)平原區(qū)上分布著大量的低山丘陵，由于佳木斯常年主導(dǎo)風(fēng)向也是西南—東北向，因此風(fēng)在運(yùn)行的過程中沒有任何阻擋，進(jìn)而形成較豐富的風(fēng)能資源區(qū)。為佳木斯開發(fā)利用風(fēng)能提供了得天獨(dú)厚的稟賦。

地形的狹管效應(yīng)也會形成較大的風(fēng)區(qū)。地處松花江中游河谷地帶的通河，風(fēng)速一般比較大，而且多大風(fēng)日。這一綿長河谷處在東南部山地與小興安嶺山地交界處，構(gòu)成東西向延伸的巨大狹管地形，加大了那里的風(fēng)速，全年近地面平均風(fēng)速為3.5 m/s。4月份的月平均風(fēng)速達(dá)4.7 m/s。平均全年5級以上大風(fēng)日多達(dá)209.8 d，為黑龍江省之最。而8級以上的大風(fēng)日平均每年也有48.8 d[4]。

1.4 高度條件

在氣象學(xué)中風(fēng)速隨高度變化的規(guī)律是遵循熱成風(fēng)原理的，隨著高度的增加，風(fēng)速是逐漸增大的，風(fēng)向趨向于熱成風(fēng)(北半球的熱成風(fēng)為西風(fēng))。因此佳木斯區(qū)域內(nèi)丘陵、低山區(qū)風(fēng)速較大、風(fēng)能資源較豐富。如樺川縣西部、佳木斯市區(qū)南部、樺南縣東部等都是海拔相對較高的丘陵或漫崗區(qū)。

1.5 背風(fēng)山坡條件

從佳木斯地形地貌分布圖上看出，西北和東南分布有較高的山地，所處的地理緯度是44°51′N～48°28′N正是中緯度西風(fēng)帶必經(jīng)之路，西部山地主要是西南—東北走向，因?yàn)槿皆幱谖黠L(fēng)帶的背風(fēng)坡位置，隨著海拔高度的降低，風(fēng)速快速加大，山地愈高，下降的速度愈快。因此三江平原區(qū)也是風(fēng)能資源十分豐富的地區(qū)。

2 佳木斯開發(fā)風(fēng)能資源的劣勢條件

2.1 夏季風(fēng)的影響

大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電阻滯大氣層底層的空氣對流，破壞佳木斯地區(qū)的季風(fēng)性自然氣候。若大規(guī)模開發(fā)，我們將生活在一個(gè)沒有風(fēng)的世界中。城市上空的污濁空氣也將長時(shí)間籠罩著城市，因?yàn)闆]有風(fēng)吹散它們。佳木斯冬季盛行西北季風(fēng)，夏季盛行東南季風(fēng)，特別是夏季來自海洋濕潤的東南季風(fēng)，是佳木斯主要的降水來源，占全年降水量的70%～80%，若夏季風(fēng)被大量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)攔截，佳木斯將處于干旱的深淵。

到2011年佳木斯郊區(qū)已正式與國電和風(fēng)、華電新能源、華潤風(fēng)能、三江風(fēng)能4家風(fēng)電企業(yè)，簽訂了18個(gè)風(fēng)電場的開發(fā)協(xié)議，總裝機(jī)容量達(dá)到90萬kW。已與湘電新能源簽訂了3個(gè)風(fēng)電場的測風(fēng)協(xié)議，總裝機(jī)容量約85萬kW。其余3個(gè)風(fēng)電場裝機(jī)容量25萬kW[5]。

2.2 低溫的影響

由于佳木斯冬季受極地大陸氣團(tuán)影響，氣候較寒冷，一般情況下冬季最低氣溫可降到零下30°或以下，但由于近年受全球氣候變暖的影響，低于-30°的低溫天氣已不多見。 冬季影響佳木斯一般以西北、偏西氣流為主，降雪強(qiáng)度多為小雪或小到中雪，但如有偏南氣流從華北、黃河一帶北上時(shí)，地面有低壓系統(tǒng)配合的情況下也容易產(chǎn)生大雪或暴雪天氣。 特殊的低溫氣候，加之風(fēng)電場往往建在海拔高的地區(qū)，為提高風(fēng)電機(jī)對低溫的適應(yīng)性，還需要額外的熱源，即在機(jī)艙內(nèi)部裝設(shè)加熱器。加熱器功率高、耗電量大，需要對其功率、位置做合理設(shè)計(jì)，對啟停時(shí)間進(jìn)行合理控制。而發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪箱、主軸等，承受沖擊載荷，這類零部件需重點(diǎn)防止低溫時(shí)的脆性斷裂，提高材料和機(jī)件的多次沖擊抗力。避免在低溫情況下出現(xiàn)較大的沖擊載荷也是非常關(guān)鍵的[6]。佳木斯冬季的低溫大大降低了風(fēng)電機(jī)工作時(shí)數(shù)。

同時(shí)佳木斯冬季的低溫，降雪后地面光而滑，西北風(fēng)強(qiáng)而硬，對于風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)給維修人員上山修理帶來極大的困難與危險(xiǎn)。

2.3 市場的影響

佳木斯市場環(huán)境不協(xié)調(diào)成為風(fēng)能資源發(fā)展的關(guān)鍵性障礙。具體表現(xiàn)在市場規(guī)模較小，市場鏈條不穩(wěn)定。開發(fā)的基礎(chǔ)薄弱，底子薄發(fā)展相對就要緩慢。佳木斯風(fēng)能資源開發(fā)到目前為止還沒有形成有序的開發(fā)模式，在開發(fā)方面風(fēng)能和其他的能源一樣，無序開發(fā)會浪費(fèi)更多的風(fēng)能資源。

2.4 對自然環(huán)境的影響

建立風(fēng)電站對自然環(huán)境的不利影響還是存在的。成規(guī)模的風(fēng)機(jī)分布地區(qū)一定要求風(fēng)力資源密集，但是樹木有阻礙風(fēng)速的作用，在風(fēng)力資源開發(fā)時(shí)要采取遠(yuǎn)離樹林或者砍伐開發(fā)的措施，黑龍江省是我國最大的木材供應(yīng)基地。森林覆蓋率為43.6%，森林面積居全國首位。

佳木斯市森林資源豐富，集中分布在張廣才嶺東部、完達(dá)山北部和小興安嶺余脈。市屬有林地面積為863.9萬畝，加上森工、農(nóng)場系統(tǒng)的有林地，全市森林覆蓋率為20.7%。通過我國森林分布和風(fēng)能分布對比，可以發(fā)現(xiàn)森林的分布和風(fēng)能分布富集區(qū)相互交錯(cuò)存在，根據(jù)國家林業(yè)部門相關(guān)規(guī)定，郁閉度≧30%的林地屬有林地即森林區(qū)，包括天然林和人工林等。由于受生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及風(fēng)能開發(fā)成本等因素的制約，有林地現(xiàn)階段不宜作為風(fēng)能成規(guī)?；_發(fā)的選址對象。大規(guī)模的砍伐森林帶來的損害還是不得不考慮的。

2.5 對生活的影響

建立風(fēng)電站對人類的居住地也會有相應(yīng)的作用。37.5 m或者62 m長的風(fēng)機(jī)葉片在豎直方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)直徑能達(dá)到100 m左右，風(fēng)機(jī)葉片占據(jù)很大的空間，而且處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)不可避免產(chǎn)生噪聲污染[7]。所以風(fēng)電場要選在離居民區(qū)2 km以外的地方建造。人類的居住地也要避開風(fēng)機(jī)安裝區(qū)。所以風(fēng)電站的建立有可能造成建設(shè)過程中的人口遷移。

3 結(jié) 論

佳木斯地區(qū)開發(fā)利用風(fēng)能資源利弊兼存，風(fēng)力發(fā)電既沒有燃料的消耗，也沒有“三廢”的排放，起到了節(jié)能減排的作用。風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)越性也使得佳木斯市利用風(fēng)能的腳步較快。隨著黑龍江省經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源生產(chǎn)和消費(fèi)量持續(xù)攀升，石油、煤炭等傳統(tǒng)能源的資源壓力也日益加劇。風(fēng)這種清潔并可再生能源，因其取之不盡用之不竭，越來越受到重視[8-10]。

佳木斯地區(qū)擁有適宜的地形、氣候、交通等條件，是規(guī)?；l(fā)展風(fēng)電場的理想場所。合理的開發(fā)和有效利用風(fēng)能資源，能夠起到節(jié)能減排的作用，給佳木斯市帶來經(jīng)濟(jì)效益，而且對緩解該地區(qū)傳統(tǒng)能源緊張和解決我國局部地區(qū)“電荒”問題也具有一定的積極影響[10-13]。

佳木斯地區(qū)的風(fēng)能資源開發(fā)有利方面是有目共睹的。但是面臨著不可避免的負(fù)面影響。確保在利用的過程中取得利益最大化，能夠兼顧可持續(xù)發(fā)展的原則，才是最明智的。

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