淺談風(fēng)力發(fā)電資源開發(fā)的利弊

梁志文

內(nèi)蒙古氣象服務(wù)中心

內(nèi)蒙古自治區(qū)目前有條件的盟市旗縣均開展了風(fēng)能資源開發(fā)利用工作，確定了利用風(fēng)能資源開發(fā)為主要建設(shè)，在短短10 年時間內(nèi)，內(nèi)蒙古西部已建成大大小風(fēng)電場100 多家，機組發(fā)電量從5 萬千瓦、10 萬千瓦到20 萬千瓦不等。建設(shè)速度之快，規(guī)模之大在自治區(qū)乃至全國也屬罕見。 隨著風(fēng)電場的建設(shè)，發(fā)電量的增加，出現(xiàn)了窩電現(xiàn)象，這不僅造成了資源的浪費，而且開發(fā)規(guī)模對當?shù)貧夂虍a(chǎn)生的影響也應(yīng)該引起關(guān)注。在近幾年的工作調(diào)研中，走訪多家風(fēng)電場，針對氣候資源開發(fā)利用和風(fēng)電場資源開發(fā)利用過程中存在的矛盾和問題進行探索總結(jié)，使其更加合理、更為科學(xué)地開發(fā)利用氣候資源和風(fēng)力發(fā)電資源。

一、風(fēng)電場對局地氣候要素氣象變化的影響

1.風(fēng)電場上下游對比

國內(nèi)外一致結(jié)論： 風(fēng)電場的存在使下游風(fēng)速變慢。 國內(nèi)外一些相關(guān)的科研機構(gòu)，利用數(shù)值模擬風(fēng)電場的局地氣候效應(yīng)，通過對風(fēng)電場建設(shè)前后、風(fēng)電場上下游區(qū)域氣象觀測資料的對比分析，證實了風(fēng)電場對風(fēng)速的衰減效應(yīng)。 經(jīng)過風(fēng)電場運行對動量的吸收，以及風(fēng)機的摩擦力作用，在風(fēng)電場下游6 公里處的衰減系數(shù)為0.86， 下游8 公里處的衰減系數(shù)為0.88，下游11 公里處的衰減系數(shù)為0.90，一般在20 公里左右影響漸漸減弱。 影響距離還受風(fēng)電場規(guī)模制約，最大可達30～60 公里（除風(fēng)電場的阻塞作用外）。

2.風(fēng)電場局地氣溫明顯變化

風(fēng)電場除了使下游風(fēng)速減慢，還會使當?shù)貧鉁禺a(chǎn)生變化。通過科研機構(gòu)的數(shù)值模式計算和觀測實際結(jié)果基本一致。 也就是說風(fēng)電場運行期間，從凌晨1 時至早晨7 時具有增暖效應(yīng)；中午13 時至晚間21 時則具有降溫效應(yīng)，而且這些效應(yīng)相當明顯。 能夠?qū)е逻@種時而增溫、時而降溫的主要原因是風(fēng)電場在運行時加強了大氣的垂直混合，實際情況是夜間，穩(wěn)定大氣的暖層在上，冷層在下，風(fēng)機的運行，加強了垂直混合，造成暖空氣下行冷空氣上行，近地面就變暖升溫；白天則相反，不穩(wěn)定大氣的冷空氣在上，暖空氣在下，湍流混合再加上垂直混合，形成冷空氣下行暖空氣上行，近地面就變冷降溫。 這種影響取決于近地大氣層的穩(wěn)定度，不同的穩(wěn)定度受風(fēng)電場運行產(chǎn)生的變溫效應(yīng)也不同。

3.風(fēng)電場對局地氣候的影響

通過分析風(fēng)電場對局地風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、氣壓、濕度、降雨等氣候變化，在關(guān)注風(fēng)電場對局地氣候影響的同時，國外一些科研機構(gòu)已經(jīng)利用的數(shù)值模擬技術(shù)，總結(jié)出大規(guī)模風(fēng)電場建設(shè)對全球氣候也有著一定影響。 主要表現(xiàn)在兩個方面，一是全球風(fēng)速將可能明顯減小，二是全球年平均氣溫將可能繼續(xù)升高，加劇氣候變暖，并引起其它相應(yīng)的氣候變化。

二、風(fēng)力發(fā)電資源開發(fā)利弊

在全球變暖的大背景下，風(fēng)能資源作為重要的清潔能源在全球許多地區(qū)得到廣泛的開發(fā)利用，越來越多的大型風(fēng)力發(fā)電場正在不斷的建立和投入運行。但任何事物的發(fā)展都具有利弊，從目前來看，風(fēng)能資源的有效利用緩減了對化學(xué)能源的依賴， 降低了碳排放，保護了環(huán)境。 在風(fēng)力發(fā)電資源的開發(fā)利用建設(shè)過程中，人們更關(guān)注局地天氣氣候條件狀況，更關(guān)注氣候變化對風(fēng)電場的影響，但是風(fēng)電場建設(shè)是否

會對大氣中的氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、降雨甚至是氣候變化產(chǎn)生影響關(guān)注不足。 很顯然，大氣的流動與水流的流動有相似性，但大氣的流動比水流更具有不確定性（主要原因是大氣邊界的不確定性）。我們知道大氣運動理論上是單圈環(huán)流和三圈環(huán)流，三圈環(huán)流只受太陽輻射和地球自轉(zhuǎn)影響所形成的環(huán)流圈，是理想的模式。 如果把大氣流場比喻成一條河，那么風(fēng)電場就像建在河道里的建筑物，風(fēng)機就像種在河道里的樹木，必然會影響到大氣的正常流動，如果密度過大，布局不合理，必定會導(dǎo)致大氣的亂流、漫灘甚至改道，后果難以預(yù)測，結(jié)果可能是災(zāi)難性的。

三、盲目開發(fā)可能會帶來嚴重后果

風(fēng)電場建設(shè)布局不合理會造成風(fēng)電場之間互相干擾。上游風(fēng)電場的建設(shè)使用對下游風(fēng)電場的建設(shè)運行影響明顯。上游風(fēng)電場會使下游風(fēng)電場的發(fā)電效率下降，甚至無法正常運行。 風(fēng)電場自身建設(shè)規(guī)模也應(yīng)該控制在一定范圍之內(nèi)，過度擴張會造成風(fēng)電場中心位置風(fēng)機的“枯萎”效應(yīng)。同時也會加劇風(fēng)電場對局地乃至全球氣候的影響。經(jīng)國內(nèi)外一些科研機構(gòu)研究證明，如果在歐洲、北美和東亞三個風(fēng)能資源豐富區(qū)域設(shè)置風(fēng)電場， 并使風(fēng)能發(fā)電占全球總能源的10%以上時，利用全球大氣環(huán)流模式研究風(fēng)電場對全球氣候的影響， 數(shù)值計算得出了風(fēng)電場的影響不只是局地的，大面積風(fēng)電場的設(shè)置對全球和洲際尺度氣候變化的影響不可忽視，特別是風(fēng)電場對局域地區(qū)近地層氣溫影響可高達±1～2℃。但由于氣候模式的不確定性以及風(fēng)電場模擬試驗設(shè)計的不確定性，大面積建立風(fēng)電場對全球氣候變化的宏觀影響在國內(nèi)外科學(xué)界還存在很多分歧和爭論，對于氣候與風(fēng)電場的數(shù)值試驗和研究還需要進一步的科學(xué)探討，還需要科學(xué)觀測和驗證。

四、合理的開發(fā)和論證的必要性

合理的開發(fā)和論證是氣候資源開發(fā)利用和風(fēng)電場資源開發(fā)利用的必要前提。由于風(fēng)電場對局地氣候會產(chǎn)生一定的影響，專家建議，在風(fēng)電場的建設(shè)中必須注意風(fēng)電場之間的間距，最小間距應(yīng)大于30 公里，以減小風(fēng)電場之間的相互干擾和影響。 另外，氣象觀測場需要與風(fēng)電場保持一定距離，以確保氣象觀測資料的準確性及不受風(fēng)電場干擾。 在建設(shè)風(fēng)電場過程中，可以選用功率更大的單機，以降低風(fēng)機密度；可以通過改造風(fēng)機，提高風(fēng)機效益；可以選擇風(fēng)力資源豐富、下墊面適合的地區(qū)，以減小風(fēng)電場對局地氣候的影響。 在建設(shè)風(fēng)電場前，應(yīng)請專業(yè)部門對當?shù)仫L(fēng)能資源蘊藏量進行評估，對勘測數(shù)據(jù)進行論證，科學(xué)合理的開發(fā)利用風(fēng)能資源。