金溪風(fēng)能資源探究

胡珍 徐嬋嬋

摘 要：利用2007年以來永嘉縣金溪鎮(zhèn)自動氣象站的逐小時風(fēng)向風(fēng)速資料，對該地區(qū)風(fēng)力資源進行分析，為開發(fā)風(fēng)力發(fā)電提供依據(jù)。結(jié)果表明，金溪鎮(zhèn)年平均風(fēng)速為3.3m/s，有效風(fēng)速（3m/s～18m/s）占全年小時數(shù)的58.3%，達到5402h以上，平均有效風(fēng)能密度為94.83W/m2，，屬于風(fēng)能可利用區(qū)域，加上風(fēng)能的穩(wěn)定性較好，利于風(fēng)機運行，風(fēng)電開發(fā)潛力巨大。

關(guān)鍵詞： 金溪鎮(zhèn)；風(fēng)能；風(fēng)能密度；有效風(fēng)速；有效風(fēng)能密度

風(fēng)能資源， 是一種清潔的可再生能源，指太陽輻射到地球表面受熱不均，引起大氣層中受熱不均勻，從而引起大氣運動形成風(fēng)，風(fēng)能是可再生能源中最具開發(fā)前景的一種能源，對風(fēng)能資源的開發(fā)和利用也越來越重視。溫州市風(fēng)力資源豐富區(qū)，以往風(fēng)力資源開發(fā)集中在沿海區(qū)域，此文針對稍靠內(nèi)陸區(qū)的永嘉縣金溪鎮(zhèn)建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站進行初步探究，對該地區(qū)域氣象站的風(fēng)力狀況進行統(tǒng)計分析，進而對金溪鎮(zhèn)的風(fēng)能資源狀況有一個全面的認識。

一、資料及方法

金溪鎮(zhèn)（原西溪鄉(xiāng)）位于浙江省永嘉縣西南部、西溪中上游兩岸，西溪區(qū)域自動氣象站建于2006年12月，根據(jù)2007年以來監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，年平均氣溫18.1℃，平均最高氣溫24℃，平均最低氣溫14.2℃，年平均降雨量為1698.6毫米，歷年極大風(fēng)速23.4m/s，受季風(fēng)氣候影響顯著。此次風(fēng)能資源分析利用2007年～2016年各月平均風(fēng)速、風(fēng)向的10米風(fēng)塔氣象資料。

二、地面風(fēng)場特征分析

1.風(fēng)向頻率變化

從十年的風(fēng)向頻率來看（圖1），金溪鎮(zhèn)盛行以NNE風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，占全年風(fēng)向風(fēng)頻率的19%，次多風(fēng)向為NE風(fēng)，風(fēng)向頻率為14%，NNE、NE和N三個風(fēng)向頻率之和達到了43%，E、NW、ENE和ESE平均風(fēng)向最少，出現(xiàn)頻率僅為1%。各月平均風(fēng)向穩(wěn)定，春季隨北方冷空氣的減退，西南暖濕氣流逐漸強盛起來，主導(dǎo)風(fēng)向轉(zhuǎn)為SW風(fēng)；其它各月均以NE風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向。穩(wěn)定的風(fēng)向較有利于該地區(qū)風(fēng)能資源的開發(fā)。

圖1 金溪鎮(zhèn)（西溪鄉(xiāng)）2007年-2016年風(fēng)向玫瑰圖

2.風(fēng)速變化特征

年平均風(fēng)速3.3m/s，僅 1月和5月平均風(fēng)速在3m/s以下，其中5月最小為2.8m/s，而夏、冬季平均風(fēng)速較大均在3.6m/s左右， 其中平均風(fēng)速最大月份為7月，平均風(fēng)速為3.8m/s；8月和12月次之，為3.5m/s。夏季受臺風(fēng)和強對流天氣系統(tǒng)影響，冬季受北方冷空氣的擴散影響夏、冬兩季的風(fēng)速均大于春、秋兩季。從風(fēng)速日變化（圖略）來看，日變化明顯，規(guī)律性較強。白天（08-20時）平均風(fēng)速為3.1m/s，夜間（21-08時）平均風(fēng)速為2.2m/s，夜間的風(fēng)速明顯小于白天，全天風(fēng)速較大時次出現(xiàn)在09-17時段，風(fēng)速均在3m/s以上，風(fēng)速的持續(xù)性較好；平均風(fēng)功率密度變化規(guī)律和風(fēng)速變化規(guī)律一致。

三、風(fēng)能資源分析

風(fēng)能資源取決于風(fēng)能密度的大小和可利用的風(fēng)能年累計小時數(shù)的多少。取2016年1月至12月實測數(shù)據(jù)，測算該點風(fēng)能密度。對風(fēng)能利用來說，可利用的風(fēng)能是在“起動風(fēng)速”到“額定風(fēng)速”之間的風(fēng)速段，根據(jù)我國的風(fēng)力機技術(shù)指標，一般取起動風(fēng)速為 3m/s 、額定風(fēng)速為 20m/s ，這個范圍的風(fēng)速所形成的風(fēng)能即通稱的有效風(fēng)能。

為了便于描述風(fēng)力發(fā)電機的工作效率，按照兩個風(fēng)速等級區(qū)間分段統(tǒng)計累計小時數(shù)Ni計算年平均風(fēng)能密度和年平均有效風(fēng)能密度（表1）。

表1 風(fēng)速累計小時數(shù)和有效風(fēng)能

Vi（m/s） Ni（小時） Niρvi3/2

1m/s～3m/s 2734 8251.57

3m/s ～18m/s 5402 512298.48

通過歷史資料計算得出空氣密度ρ=1.1964kg/m3，根據(jù)有效風(fēng)能表達式：Niρvi3=512298.48 w/m2

根據(jù)有效風(fēng)能密度表達式：D= Niρvi3 = =94.83 w/m2

四、結(jié)語

研究分析表明，金溪鎮(zhèn)10m高度處平均風(fēng)能密度為63.98W/m2，平均有效風(fēng)能密度為94.83W/m2，有效風(fēng)速時數(shù)累計達5402小時，占全年的58.3%。根據(jù)我國風(fēng)能區(qū)劃標準，發(fā)現(xiàn)金溪鎮(zhèn)為風(fēng)能可利用區(qū)域，目前，浙江沿海一帶已經(jīng)建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站，而永嘉地區(qū)卻沒有建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站，通過上面的研究表明，永嘉縣金溪鎮(zhèn)是具備風(fēng)電開發(fā)價值，再加上風(fēng)向變化的穩(wěn)定性較好，極少出現(xiàn)破壞性大風(fēng)。有利于風(fēng)機平穩(wěn)運行，進行風(fēng)電開發(fā)潛力巨大。

參考文獻：

[1]中國氣象局.中國風(fēng)能資源評估報告[M].北京；氣象出版社，2006.

[2]薛桁，朱瑞兆，楊振斌，等.中國風(fēng)能資源儲量估算[J].太陽能學(xué)報，2001，22（2）：167-170.