海上風(fēng)能資源分布綜述

宋軍

(1.華北電力大學(xué),北京 102206;2.北京瑞科同創(chuàng)能源科技有限公司,北京 100079)

海上風(fēng)能資源分布綜述

宋軍1,2

(1.華北電力大學(xué),北京 102206;2.北京瑞科同創(chuàng)能源科技有限公司,北京 100079)

隨著全球經(jīng)濟發(fā)展步伐的加快,能源問題已成為世界性的問題,探索、開發(fā)新的能源替代產(chǎn)品已成為世界各國的重點研究方向,海上風(fēng)電由于其風(fēng)能資源好、節(jié)約土地、離電網(wǎng)負(fù)荷中心近等諸多優(yōu)點,已成為世界各國的重點發(fā)展方向。本文從大氣環(huán)流的角度來分析全球氣壓帶和風(fēng)帶的分布,得出全球海上風(fēng)能資源的分布及其原理,分析影響海上風(fēng)電發(fā)展的主要氣候災(zāi)害,重點對比歐洲、美國和中國三個重點區(qū)域的海上風(fēng)能資源特性。

全球風(fēng)帶 海上風(fēng)電 風(fēng)能資源分布

1 全球海上風(fēng)能資源分布

1.1 全球氣壓帶和風(fēng)帶分布

全球風(fēng)帶的形成與氣壓帶的分布有著密切的關(guān)系。由于地球表面接受太陽輻射不均勻，導(dǎo)致地球上高低氣壓的分布，加之下墊面性質(zhì)本身的差異(包括海陸分布、大地形、地表摩擦等)，從而形成了全球的大氣環(huán)流。各地氣壓高低不同所產(chǎn)生的氣壓差，造成了空氣的流動，其結(jié)果是形成了與之相對應(yīng)的風(fēng)帶。風(fēng)帶的分布，從赤道到兩極，分別是：赤道無風(fēng)帶、東北(東南)信風(fēng)帶、副熱帶無風(fēng)帶、盛行西風(fēng)帶和極地東風(fēng)帶。

1.2 全球海上風(fēng)能資源分布

2005年，美國國家可再生能源實驗室利用QuikSCAT衛(wèi)星的洋面風(fēng)散射數(shù)據(jù)，并結(jié)合NCAR/NCEP再分析資料和海上觀測站資料，模擬出了全球海上50m高度的風(fēng)能資源分布。

赤道附近處于赤道無風(fēng)帶，風(fēng)速最小；南北回歸線附近，屬于信風(fēng)帶，風(fēng)速稍大；南北半球緯度30度左右，屬于副熱帶無風(fēng)帶，風(fēng)速相對較??；緯度更高一點的區(qū)域?qū)儆谑⑿形黠L(fēng)帶，風(fēng)速普遍很大，如歐洲北海地區(qū)，風(fēng)速較大，盛行西風(fēng)，以及南半球緯度40度至60度之間的咆哮西風(fēng)帶，常年刮極強的西風(fēng)；兩極地區(qū)屬于極低東風(fēng)帶，風(fēng)速也比較大。

1.3 海上地方性的風(fēng)

在有些海域，受區(qū)域氣候(如季風(fēng)、海陸風(fēng)等)和地形(狹管效應(yīng)、岬角效應(yīng)、海岸效應(yīng)等)的影響，也會形成一些地方性的風(fēng)。比如我國的臺灣海峽，受大陸和臺灣島狹管效應(yīng)的影響，流經(jīng)氣流受到擠壓和加速，經(jīng)常出現(xiàn)東北或西南方向的大風(fēng)，平均風(fēng)速在8．5m/s以上，局部超過9m/s，是中國海上風(fēng)能資源最為豐富的區(qū)域。

2 影響海上風(fēng)電的氣候災(zāi)害

2.1 熱帶氣旋

在全球范圍內(nèi)，西北太平洋地區(qū)發(fā)生次數(shù)最多，約占全球總數(shù)的36%，其次是東太平洋和西北大西洋，分別占全球的16%和11%，在赤道兩側(cè)4～5°緯距范圍內(nèi)，由于地轉(zhuǎn)偏向力太小，幾乎沒有熱帶氣旋發(fā)生。

在發(fā)展海上風(fēng)電的國家中，中國受熱帶氣旋影響最大，其次是美國，日本、澳大利亞和印度等國也會受到不同程度的影響，歐洲則不受影響。

2.2 海霧及鹽霧

(1)海霧：海霧對海上風(fēng)電的影響，主要體現(xiàn)有：在風(fēng)電場建設(shè)階段，低能見度影響工程建設(shè)進度；在風(fēng)電場運行階段，低能見度致使運維船只無法航行，降低海上風(fēng)電場運維的效率。

(2)鹽霧：鹽霧對海上機組的影響主要體現(xiàn)為：污染葉片，影響其氣動性能，產(chǎn)生噪音污染和影響美觀；破壞機組的強度，降低機組承受載荷的能力；生成氧化合物使電氣接觸不良，導(dǎo)致電氣設(shè)備故障。

2.3 海冰

海冰在運動時對海上機組的推力和撞擊力，是對海上風(fēng)電最大的危害。另外，大面積的海冰也會導(dǎo)致運維船只航行受阻，從而影響海上風(fēng)電場的運行維護。

3 重點海域的風(fēng)能資源分布

3.1 歐洲

2001年，丹麥RISO實驗室模擬得出了歐洲50m高度的海上風(fēng)能資源分布。可以看到，在歐洲三個主要海域(北海、波羅的海和地中海)中，北海風(fēng)能資源最為豐富，大部分地區(qū)的年平均風(fēng)速均超過9m/s，且越往西風(fēng)速越大，很多海域的平均風(fēng)速能達到10m/s以上，比如在英國的西海岸；波羅的海風(fēng)能資源也比較豐富，平均風(fēng)速在8m/s左右；地中海的風(fēng)能資源相對較差，大部分地區(qū)的平均風(fēng)速在7m/s左右。

3.2 美國

2010年，美國國家可再生能源實驗室運用多種數(shù)值模擬的方法進行綜合模擬和分析，得出了美國海上90m高度的風(fēng)能資源分布。美國海上風(fēng)能資源非常豐富，其中以東海岸北部和西海岸中部的風(fēng)速最大，達9．5m/s以上；其次是五大湖地區(qū)、東海岸中部和墨西哥灣的德克薩斯州沿海地區(qū)，平均風(fēng)速基本介于8～9m/s之間。

3.3 中國

2010年，國家氣候中心模擬給出了中國近海70m高度風(fēng)能資源分布。中國近海海域風(fēng)能資源豐富，四大海區(qū)中以東海的風(fēng)能資源最為豐富，然后依次是渤海、南海和黃海。

在各個海域中，以臺灣海峽的風(fēng)能資源最為豐富，平均風(fēng)速達8．5m/s以上，局部超過9m/s；其次是浙江沿海、廣東東部沿海和渤海遼東灣，平均風(fēng)速均在8m/s以上；其它海域的平均風(fēng)速大都在7．5m/s以上；北部灣北部和黃海中部的風(fēng)能資源相對較差，平均風(fēng)速在7m/s左右。

4 結(jié)語

(1)從大氣環(huán)流的角度來看，全球海上風(fēng)能資源的分布與全球氣壓帶和風(fēng)帶的分布密切相關(guān)，其一般性規(guī)律是：越往赤道風(fēng)越小，越往兩極風(fēng)越大；同時也有區(qū)域氣候和特殊地形形成的地方性的風(fēng)。

(2)在全球海上風(fēng)電發(fā)展的重點海域中，歐洲的海上風(fēng)能資源最為豐富，其大部分區(qū)域的平均風(fēng)速介于9～12m/s之間；其次為美國，平均風(fēng)速為8～10m/s；而中國的大部分近海區(qū)域平均風(fēng)速為7～9m/s，局部海域＞9m/s。

(3)海洋氣候災(zāi)害對海上風(fēng)電發(fā)展存在著很大影響，主要有熱帶氣旋、海霧、鹽霧和海冰，其中熱帶氣旋對中國海上風(fēng)電的影響非常大，尤其是在長江口以南的南海和東海海域，應(yīng)引起足夠的重視。

[1]李曉燕,余志.海上風(fēng)力發(fā)電進展[J].太陽能學(xué)報,2004,25(1):78-84.

[2]GLOBAL WIND REPORT ANNUAL MARKET UPDATE 2013,GWEC,2014, 4.

[3]Bruce Hamilton ,Offshore Wind Market and Economic Analysis report,2014,9.

[4]張秀芝,風(fēng)能資源評估技術(shù)[R].信息化項目管理與風(fēng)資源評估國際培訓(xùn)班講義,2010,12.