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2015年太阳能风能资源大盘点

时间:2016年02月23日信息来源:本站原创点击:

    编者按:风能资源是气候资源的一种。自古埃及人用风能驱动尼罗河上的帆船至今,风能资源一直是人们孜孜以求的新能源使用方式之一。

作为新能源,太阳能资源与风能资源一样,是我国大力发展的资源之一。随着这些资源的不断开发利用,气象因素越来越突出,对此,开展评估工作则显得更为重要。本文围绕2015年太阳能与风能资源评估情况,分析结果、展望发展,以飨读者。

太阳能篇

    多云日数增多致太阳能年辐照量跌至10年来最低

    中国气象局风能太阳能资源中心正研级高级工程师申彦波告诉记者,2015年全国陆地表面平均的水平面总辐射年辐照量为1476.1千瓦时/平方米,比2004年至2013年的平均值偏少24.8千瓦时/平方米,成为2004年以来的历史最低值。

    太阳能资源呈现出地区性差异较大,总体呈现高原、少雨干燥地区大,平原、多雨高湿地区少的特点。青海大部、西藏中西部、甘肃西部、内蒙古西部,新疆东部水平面总辐射年辐照量超过1750千瓦时/平方米,成为太阳能资源最为丰富的区域;而四川东部、重庆、贵州中东部、广西北部、湖南地区水平面总辐射年辐照量不足1050千瓦时/平方米,属于太阳能资源一般区。

从全国及各省水平面总辐射年辐照量距平分布看,除海南省偏高5%以上、云南东部偏高3%以上外,全国大部分地区与常年持平或明显偏低,其中新疆北部、黑龙江大部偏低 3%以上,贵州东部、湖南、江西、福建等地偏低5%以上,浙江偏低最多超过10% 。

    在多云日数的变化图上,记者看到,去年全国大部地区云量增多,月平均多云日数12天,比常年平均值偏高约7.2%。气候专家分析认为,影响太阳能资源的因素较多,除云和气溶胶两大主要原因外,水汽、大气成分和太阳活动等均可能产生影响。

    太阳能资源开发与利用分布呈现出地区差异大特点

    客观、准确的太阳能资源评价是进行光伏发电建设的重要保障,它直接关系到项目立项、设备选型以及项目的经济性分析。据申彦波介绍,建立基于卫星与地面实测结合的太阳能资源计算方法,以及光伏电站最佳倾角、斜面辐射、发电量气候折减等关键指标分析技术,能够广泛用于光伏发电工程服务。

固定式光伏发电可利用的太阳能资源是光伏组件按照最佳倾角放置时能够接收的太阳总辐射(简称最佳斜面总辐射)。2015年,全国平均的最佳斜面总辐射年辐照量为1710.2千瓦时/平方米,较2004年至2013年平均值偏少63.2千瓦时/平方米,相对偏低3.69%;全国平均的固定式光伏电站的首年利用小时数为1368.2小时,较平均值偏少50.5小时。

在全国最佳斜面总辐射及光伏发电首年利用小时数空间分布图上,记者看到,2015年,我国东北、华北、西北、西南大部及海南最佳斜面总辐射年总量明显多于我国东南部地区。

实际上,太阳能资源开发利用前景巨大、需求迫切。申彦波告诉记者,太阳能资源开发利用与气象条件密切相关,对服务技术能力的要求也更加严格。在太阳能发电总体开发规划编制和电场建设选址前,太阳能资源调查评估是一项必不可少的工作,从而可以获取电场拟选址地、计划开发规模、开发优先顺序等资源开发利用建议;开展发电功率预测是解决电场运行中功率波动性问题的主要技术手段,功率预测需要发展建立高时空分辨率且稳定运行的精细化气象预报技术体系;台风、雷电、高温、大风沙尘等气象灾害和高影响天气会直接影响电场的安全运行,也直接决定电站建设的前期抗气象风险能力设计、设备选型。这些都需要对相关气象灾害和高影响天气开展风险评估和预报预警。

据记者了解,目前,气象部门评估技术方法和分析报告已得到神华、华电、三峡、中广核等集团风能太阳能发电公司高度认可,并被部分企业采纳为企业标准,取得了很好的服务效益。

图片来源:视觉中国

    这个看起来像鸡蛋一样的未来派建筑可以说是世界首个真正独立的便携式房屋。这个房屋能够为两个成人提供紧凑式住宿空间。在太阳能和风能的驱动下,使用者可以享用温暖的床铺以及热乎的餐食。



风能篇

     风速正常稍偏小 风能资源接近常年均值

“利用全国气象台站2004年至2015年地面观测资料,我们统计分析了2015年我国陆地10米高度的风速特征,全国地面10米高度年平均风速较近十年(2004年至2013年)均值偏小0.52%,属正常稍偏小年景。”中国气象局风能太阳能资源中心高级工程师周荣卫说,“风能资源呈现出分布不均,地区差异性大的特征,上海、江苏、山东、天津、浙江、北京等6省(市)年平均风速偏小5%以上,西藏、重庆明显偏大。”

     据全国风能资源高分辨率数值模拟数据(2014)显示,全国陆面70米高度年平均风速均值为5.6米/秒。周荣卫说:“2015年,我国平均风速大于5.0米/秒的分布区域进一步扩大,东部沿海大部分地区、山东大部、华东、华南、华中及西南等部分山区的平均风速也可达到5.0米/秒。”

     2015年,全国年平均风功率密度大值区主要分布在我国的三北地区、东部沿海地区以及青藏高原、云贵高原和华南山脊地区。年平均风功率密度超过300瓦/平方米的区域主要分布在三北地区、青藏高原和云南的山脊地区。这是记者从2015年全国陆地70米高度风功率密度图谱上获悉的。

     据周荣卫介绍,2015年与2014年相比,除了西藏、云南、上海、新疆、江苏5省(区、市)年平均风速和年平均风功率密度有不同程度减小外,其他省(区、市)有不同程度的增加,且多数省(区、市)年平均风速距平百分率增加超过1%,年平均风功率密度距平百分率增加超过3%。

从各省(区、市)发电量变化来看,多数地区与常年持平,上海、山东、黑龙江偏小1%以上,其中,上海偏小达到3.7%;而西藏、辽宁偏大1%以上。

冷空气偏弱、台风偏少是主因

     风速是影响风能开发利用的重要因子,一个地区风资源的丰富程度直接跟当地常年的风速大小息息相关。

“冷空气频次偏少、强度偏弱是主要原因。” 周荣卫说。

根据国家气候中心统计,2015年影响我国的冷空气共16次,比常年平均(2004年至2013年)偏少4.6次;其中寒潮和强冷空气比常年平均偏少2.0次,淮河以北地区寒潮和强冷空气偏少1.7次;淮河以南地区寒潮和强冷空气偏少0.3次。

    风速对风能开发利用的影响显而易见,而台风则像是一把双刃剑,对风电场的影响利弊兼有,强度较弱的热带气旋以及其外围环流影响的区域,可以给风电场带来较长的“满发”时段(风力机以额定风速运转的时段),而对华南沿海一带的风电场来说,强度较强的台风可能给风电场带来极大破坏。2014年,“威马逊”正面袭击勇士风电场,给风电场带来毁灭性的影响。整个风电场几乎被吹倒,现场13台风机倒掉,另有5台风机完全损坏(叶片破裂、发电机掉落、机舱被揭开),无法运行。

2015年,在我国登陆的热带气旋共6个,分别是强台风“灿鸿”“苏迪罗”“杜鹃”和“彩虹”、台风“莲花”和强热带风暴“鲸鱼”。“与常年平均(7.2个)相比,2015年台风个数明显偏少,强度偏强。” 周荣卫说。

    此外,空气密度和温度也是影响风能开发的重要因子。以空气密度为例,如果一个地区风速很大,但是空气比较稀薄,那么风所蕴含的能量就会降低,也就是说风大但是风无力。温度对于风能发电组件来说至关重要。在低温地区,就需要特定的风能发电组件来工作,确保发电组件有很好的低温扩展性和适应性,从而保证低温地区风力利用达到预期效果。

风电产业发展需加强科学研究

    随着我国风能资源利用的快速发展,气象服务的重要性逐渐显现出来。气象灾害直接影响风电设备安全,气象服务评估对风电场选址、风电机组选型、风电场安全运营都具有重要指导意义。因此,有必要研究气候变化背景下风速和极端风速的变化,进而探讨气候变化对风电场发电量的影响及对设备的危害。

“例如,在现行的风电场风能资源评估中,仅考虑30年气候平均状况和年际变率,未考虑年代际尺度的区域气候变化对风能资源和发电量的影响。” 周荣卫坦言,“这需要完善风能资源评估规范和技术方法,在风机排布、风机选型和风险评估中充分考虑气候变化影响。”

此外,还要丰富、发展大气边界层科学理论和气候变化科学,提升对区域气候变化和大面积安装风力发电机组的综合/共同影响及其物理机制的科学认知,为风能资源的高效利用提供更有力的支持。

    气象把脉“风光”财富

    2015年10月,彭博新能源财经公布的一份分析报告显示,可再生能源与化石燃料发电成本的较量正在发生显著变化。以风电和光伏发电为代表的可再生能源,在价格上正在变得更加亲民。在一些欧洲国家,陆上风电甚至已经完全具备了与天然气、煤炭发电竞争的能力。

随着我国工业化、城镇化的快速发展,在依赖大量消耗化石能源资源创造巨大物质财富的同时,资源和环境问题也变得越来越突出,能源短缺问题日益突出。

风电开发的“助推器”

    风力发电是风能资源开发与利用的主要方式之一。自上世纪70年代开始,大规模并网型风力发电技术方兴未艾。

“国内风电产业许多的从业者比较重视风电项目可行性研究、机组选型、机组微观选址中的风能资源技术,也有人将这些工作统称为风能资源评估工作。”中国气象局风能太阳能资源中心副主任杨振斌说。

    自上世纪80年代初以来,气象部门先后组织了多次全国范围的风能资源普查工作,为我国风能资源开发利用提供了重要的科学支撑。在全国风能资源详查和评价的成果上,风能太阳能资源中心努力发展资源评估技术,研发了风场校准技术、百米分辨率风场降尺度模拟技术,建立了满足工程应用的百米尺度风能数值模拟评估系统。

   “根据国家风电开发向低风速区、分散式发展的战略调整,我们得到新一轮风能资源评估成果。”杨振斌说,“该成果已提交国家可再生能源‘十三五’发展规划应用,并无偿为省级气象部门相关工作提供支持。”

   “目前,风能预报业务服务产品基本形成,风能数值预报产品实现全国陆地区域的全覆盖;我们开展多方法对比试验研究,建立了针对风电场的风能预报订正业务,引领行业发展,提高了风能数值预报准确率。”杨振斌说,“我们还研发了风电功率预测系统软件,并已在云南、甘肃、宁夏等地风电场成功进行部署或升级。部分用户组织的比对试验表明,与国内主要风电功率预测服务机构相比,无论是风能数值预报、还是风电功率预报,中国气象局系统的稳定性、准确率、合格率和上报率都具有一定的优势。”

摸清光伏发电的脉搏

    我国以及各省太阳能资源总储量、精细化的时空分布、各地光伏发电潜能估算以及光伏发电预期收益等是国家和地方政府宏观决策的重要需求,这些科学问题都需要气象部门加大科学分析和研究,提供可靠翔实的应用依据。

    光伏发电的重要气象要素——辐射,而辐射随地理、年季、天气状况而变化,这就决定了光伏发电的波动性和不确定性,因此功率预报应运而生。发挥精细化数值预报技术优势,开展辐射及光伏发电功率预报,既有利于电力系统科学调度、制定常规能源发电和光伏发电规划、减少备用旋转容量,又有利于电站合理安排检修计划。

    此外,利用辐射变化的周期性,如辐射的日变化曲线,在夏季负荷高峰期,光伏发电系统可以为电网发挥削峰填谷的作用。变不确定为确定,精确的气象预报大有可为。

“风能太阳能资源中心推动全国太阳能资源详查与评价的立项工作,推进基于地面观测与卫星遥感的数值模拟计算和综合评价的国家太阳能资源评价体系,培养太阳能评估专业技术队伍,完成了全国陆地太阳能资源开发潜力的宏观评估和重点开发区域的精细化评估,为国家、区域太阳能开发利用规划和宏观政策提供科学依据。”中国气象局风能太阳能资源中心正研级高级工程师申彦波说。

     针对光伏发电功率预测的需求,风能太阳能资源中心研发了“直散分离”和“最佳斜面”的太阳辐射预报业务。现已推出了风电场/光伏电站区域未来7天逐时趋势变化产品;研发建立的国家风能太阳能数值预报服务平台,向行业发放基于数值预报系统(T639)等数值预报定制产品,履行面向行业的公益服务职能。

此外,风能太阳能资源中心采用全国98个辐射站、2400多个气象站和气象卫星观测数据,对全国832个贫困县光伏发电太阳能资源进行了评价。评价结果显示,西北、华北以及中东部地区大部分贫困县的太阳能资源均可开展光伏扶贫。

     申彦波说:“青藏高原、西北、华北地区的贫困县具有较好的太阳能资源开发条件,适宜开展集中式规模化光伏发电;中东部地区的贫困县具有一定的太阳能资源开发条件,可考虑开展分布式光伏发电。”这份《全国贫困县光伏发电太阳能资源评估》报送给国务院扶贫开发领导小组办公室,得到了充分的肯定。目前,该成果已下发各省(区、市),成为地方政府制定光伏扶贫规划、试点的科学依据。


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