天津?yàn)I海新區(qū)風(fēng)電氣候資源評(píng)估

姚　巍　李　春　楊艷娟　胡　潮

（1天津市濱海新區(qū)氣象局天津3004572天津市氣候中心天津300074）

天津?yàn)I海新區(qū)風(fēng)電氣候資源評(píng)估

姚巍1李春2楊艷娟2胡潮1

（1天津市濱海新區(qū)氣象局天津3004572天津市氣候中心天津300074）

濱海新區(qū)是天津風(fēng)電氣候資源最為豐富，也是風(fēng)電項(xiàng)目最為集中的地區(qū)。本文進(jìn)行了天津?yàn)I海新區(qū)風(fēng)能資源的天氣學(xué)分析，并利用濱海新區(qū)風(fēng)能資源詳查結(jié)果，提出了風(fēng)電資源氣候資源應(yīng)用的建議，為風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供科學(xué)參考。

風(fēng)電；氣候資源；濱海新區(qū)

1　引言

作為新興潔凈能源的典型代表，風(fēng)力發(fā)電已成為各地近年來(lái)發(fā)展迅速的明星項(xiàng)目。天津風(fēng)能資源豐富，適合風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展，其中濱海新區(qū)由于瀕臨沿海，地理位置優(yōu)越，是天津市行政區(qū)內(nèi)風(fēng)能資源最豐富的地區(qū)，也是風(fēng)電項(xiàng)目最為集中的區(qū)域。目前，濱海新區(qū)已陸續(xù)建成了大神堂、沙井子、馬棚口等大型風(fēng)電項(xiàng)目并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。據(jù)國(guó)家能源局對(duì)2015年上半年全國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)，天津的風(fēng)電平均利用小時(shí)數(shù)達(dá)到1326h，平均每天7.26h，排在云南（1706h）和四川（1434h）之后，列全國(guó)第三位。但是，這一統(tǒng)計(jì)報(bào)告也顯示，天津累計(jì)并網(wǎng)容量?jī)H為28.55×104kW，絕對(duì)數(shù)量在全國(guó)僅高于北京和西藏兩省市，另外，天津的棄風(fēng)電量達(dá)到0.21×108kW·h，棄風(fēng)率達(dá)到5.33%，在華北地區(qū)的6家電網(wǎng)公司調(diào)度統(tǒng)計(jì)中列第3位。所以，科學(xué)評(píng)估濱海新區(qū)的風(fēng)電氣候資源特征，從而提高風(fēng)能資源發(fā)電的利用效率，或?yàn)轱L(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)提供科學(xué)規(guī)劃，具有重要的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實(shí)意義。

2　風(fēng)能資源特征的天氣學(xué)分析

天津北依燕山，東臨渤海，季風(fēng)環(huán)流影響顯著。冬季受蒙古冷高壓控制，盛行偏北風(fēng)；夏季受西太洋副熱帶高壓影響，多偏南風(fēng)。天津?qū)儆谂瘻貛О霛駶?rùn)半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，主要為大陸性氣候特征，但受渤海影響，沿海地區(qū)有時(shí)也表現(xiàn)出海洋性氣候特征，海陸風(fēng)現(xiàn)象明顯。因此，天津市風(fēng)能資源從沿海向內(nèi)陸地區(qū)遞減，具體而言為東部沿海地區(qū)的塘沽、大港和漢沽比較豐富，平均風(fēng)速大，風(fēng)功率密度值高，有效小時(shí)數(shù)較多；內(nèi)陸地區(qū)的寧河、漢沽、東麗、津南以及靜海、薊縣、武清、寶坻、西青、北辰、市區(qū)風(fēng)能資源狀況一般或比較貧乏，平均風(fēng)速較小，風(fēng)功率密度值偏低，有效小時(shí)數(shù)較少。

造成天津風(fēng)能資源分布狀況的原因與地理環(huán)境和大氣環(huán)流、天氣系統(tǒng)有關(guān)。天津地區(qū)的風(fēng)場(chǎng)主要受東亞季風(fēng)環(huán)流的支配及與其相配合的天氣系統(tǒng)的影響。冬季的蒙古冷高壓在向東南方向擴(kuò)散時(shí)，從西北或東北路徑影響天津市，常產(chǎn)生較大偏北風(fēng)。春季東北低壓頻繁出現(xiàn)，天津處在低壓的東南部，受其影響使得西南風(fēng)較大；在氣壓場(chǎng)上，華北平原的地形槽易在春季形成，也對(duì)天津的西南風(fēng)起到一定的增幅作用；春季大陸上的變性冷高壓東移入海后，疊加在較冷的海面上，使其再度加強(qiáng)，天津處在入海高壓的西部，往往造成較大的西南風(fēng)。夏季，西北太平洋副熱帶高壓不斷西進(jìn)、北抬，天津處在其西北部邊緣，形成南高、北低的氣壓場(chǎng)分布，此時(shí)多為弱偏南風(fēng)；盛夏季節(jié)，由于海洋與陸地的溫度差較大，東部沿海地區(qū)海陸風(fēng)的特征十分明顯，也使得天津的東南風(fēng)偏多。秋季是從夏到冬的過(guò)渡季節(jié)，時(shí)間短，且多風(fēng)和日麗的天氣，往往在秋末冬初有寒潮爆發(fā)時(shí)，偏北風(fēng)較大。天津?yàn)I海新區(qū)地處渤海沿岸，受海陸風(fēng)及西太平洋副熱帶高壓影響，夏半年以東南風(fēng)和西南風(fēng)為主，冬半年以西北風(fēng)為主。由于冬、春季節(jié)常出現(xiàn)較大西北風(fēng)，此時(shí)風(fēng)速及空氣密度均較大，因此風(fēng)能密度多集中在西北方位。

3　濱海新區(qū)風(fēng)能資源調(diào)查結(jié)果分析

根據(jù)天津市氣象局的觀測(cè)資料顯示，近50年來(lái)，天津大風(fēng)日數(shù)呈顯著減少趨勢(shì)。天津的年平均大風(fēng)日數(shù)為7～48天，以塘沽最多。大風(fēng)的季節(jié)特征明顯，春季大風(fēng)日最多，占全年的30%以上，冬季次之，秋季、夏季大風(fēng)依次減少。

為具體考察濱海新區(qū)風(fēng)能資源情況，天津市氣象局于2009年在濱海新區(qū)的大神堂、中新生態(tài)城、大港油田分別建立了三座測(cè)風(fēng)塔，高度分別為100m、70m和70m。根據(jù)測(cè)風(fēng)塔2009年9月～2010年8月的觀測(cè)結(jié)果顯示，測(cè)風(fēng)塔在70m的平均風(fēng)速在5.5 m/s～6.1 m/s，平均風(fēng)功率密度為194.5 w/m2～251.4 w/m2，≥200W/m2的技術(shù)可開發(fā)量為91×108kW，技術(shù)可開發(fā)面積為209km2，可裝機(jī)密度系數(shù)達(dá)4 MW/km2～5MW/km2之間。3座測(cè)風(fēng)塔風(fēng)能資源等級(jí)為1～2級(jí)，風(fēng)資源量雖不高，但風(fēng)頻分布比較適合，風(fēng)資源質(zhì)量較好，且有效小時(shí)數(shù)高，風(fēng)資源可利用時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí)風(fēng)速變化較為平穩(wěn)，很少有破壞性的風(fēng)速，這種風(fēng)況對(duì)于風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都比較經(jīng)濟(jì)。此外，風(fēng)能資源隨高度增加。以漢沽大神堂測(cè)風(fēng)塔為例，50m高度平均風(fēng)功率密度為206.4W/m2，70m高度增加到244.4W/m2，至100m高度，平均風(fēng)功率密度已達(dá)310.4W/m2。在風(fēng)能資源的時(shí)間變化方面，3座測(cè)風(fēng)塔70m平均風(fēng)速和平均風(fēng)功率密度的年變化及日變化均較一致，年變化為春季大、夏季小，日變化為上午低、夜間高，這為風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)調(diào)度提供了依據(jù)，可充分利用春季大風(fēng)季節(jié)和午后、夜間時(shí)段發(fā)電，在無(wú)限電要求下，停機(jī)檢修等工作應(yīng)盡量避讓大風(fēng)時(shí)段。在3座測(cè)風(fēng)塔中，大港油田和漢沽大神堂風(fēng)資源較好，若單純以資源大小來(lái)評(píng)價(jià)，這兩地建設(shè)發(fā)展大型風(fēng)電場(chǎng)更為合適。

4　風(fēng)電氣候資源應(yīng)用建議

4.1根據(jù)濱海新區(qū)風(fēng)資源氣候特征的分析，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)排布應(yīng)考慮到風(fēng)能密度的分布特征，一般應(yīng)沿東北-西南方向?yàn)樾?、東南-西北方向?yàn)榱械娘L(fēng)機(jī)排布方式，從而有利于提高風(fēng)能資源利用率。

4.2風(fēng)能資源詳查工作可為天津市風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃提供依據(jù)。根據(jù)觀測(cè)的測(cè)風(fēng)塔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到的從風(fēng)能資源角度來(lái)看，天津風(fēng)能資源的技術(shù)可開發(fā)區(qū)域主要位于濱海新區(qū)詳查區(qū)的沿海地帶，在該區(qū)域內(nèi)，均具備建設(shè)大型風(fēng)電場(chǎng)的條件，尤其是大港沿海地區(qū)，風(fēng)能資源較好，可開發(fā)面積較大。風(fēng)能項(xiàng)目管理和建設(shè)部門，可根據(jù)風(fēng)能資源詳查及評(píng)估結(jié)果，制定相應(yīng)的風(fēng)能資源開發(fā)規(guī)劃以及開發(fā)順序，以便較為科學(xué)合理有序的利用天津風(fēng)能資源。另外，風(fēng)能資源詳查工作可為風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)提供理論指導(dǎo)，根據(jù)天津市沿海地區(qū)地形及風(fēng)能資源特點(diǎn)，建議風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)選擇高輪轂、大容量單機(jī)，且風(fēng)機(jī)排布應(yīng)考慮場(chǎng)址的風(fēng)能密度分布特點(diǎn)，以提高風(fēng)能資源利用率。

4.3一般而言，沿海風(fēng)速隨離岸距離增大而迅速衰減，因此可開發(fā)的風(fēng)能資源僅限于沿海地區(qū)，但受到土地利用等限制，陸上大型風(fēng)電場(chǎng)的潛在場(chǎng)地越來(lái)越少，開發(fā)能力有限。天津地處渤海灣，近海海域有著豐富的風(fēng)能資源，風(fēng)電建設(shè)項(xiàng)目未來(lái)可向海上轉(zhuǎn)移，以提高天津可再生能源的發(fā)展空間。

[1]國(guó)家能源局.2015年上半年全國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行情況.2015,7.

[2]楊振斌,薛桁,朱兆瑞,等.中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)價(jià)報(bào)告[M].北京:氣象出版社,2006:11-17.

[3]凌申.對(duì)我國(guó)沿海風(fēng)能資源開發(fā)利用的思考[J].資源與環(huán)境, 2008,24(7):634-657.

[4]Burton T,Sharpe D,Jenkins N,et al.武鑫譯.風(fēng)能技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社,2007:18-20.

姚巍（1979—），男，內(nèi)蒙古人，本科學(xué)歷，工程師，從事氣象業(yè)務(wù)管理工作，研究方向：氣象預(yù)報(bào)與氣象服務(wù)。