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        海上風(fēng)能資源分布綜述

        2015-03-26 13:19:29宋軍
        中國(guó)科技縱橫 2015年5期
        關(guān)鍵詞:海上風(fēng)電

        宋軍

        【摘 要】隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的加快,能源問(wèn)題已成為世界性的問(wèn)題,探索、開(kāi)發(fā)新的能源替代產(chǎn)品已成為世界各國(guó)的重點(diǎn)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(diǎn),已成為世界各國(guó)的重點(diǎn)發(fā)展方向。本文從大氣環(huán)流的角度來(lái)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?dú)夂驗(yàn)?zāi)害,重點(diǎn)對(duì)比歐洲、美國(guó)和中國(guó)三個(gè)重點(diǎn)區(qū)域的海上風(fēng)能資源特性。

        【關(guān)鍵詞】 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(yáng)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(dòng),其結(jié)果是形成了與之相對(duì)應(yīng)的風(fēng)帶。風(fēng)帶的分布,從赤道到兩極,分別是:赤道無(wú)風(fēng)帶、東北(東南)信風(fēng)帶、副熱帶無(wú)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(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)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(cè)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(wú)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(wú)風(fēng)帶,風(fēng)速相對(duì)較小;緯度更高一點(diǎn)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(qiáng)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(huì)形成一些地方性的風(fēng)。比如我國(guó)的臺(tái)灣海峽,受大陸和臺(tái)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(guò)9m/s,是中國(guó)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?yàn)?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(méi)有熱帶氣旋發(fā)生。

        在發(fā)展海上風(fēng)電的國(guó)家中,中國(guó)受熱帶氣旋影響最大,其次是美國(guó),日本、澳大利亞和印度等國(guó)也會(huì)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(duì)海上風(fēng)電的影響,主要體現(xiàn)有:在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)階段,低能見(jiàn)度影響工程建設(shè)進(jìn)度;在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行階段,低能見(jiàn)度致使運(yùn)維船只無(wú)法航行,降低海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維的效率。

        (2)鹽霧:鹽霧對(duì)海上機(jī)組的影響主要體現(xiàn)為:污染葉片,影響其氣動(dòng)性能,產(chǎn)生噪音污染和影響美觀;破壞機(jī)組的強(qiáng)度,降低機(jī)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(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)海上機(jī)組的推力和撞擊力,是對(duì)海上風(fēng)電最大的危害。另外,大面積的海冰也會(huì)導(dǎo)致運(yùn)維船只航行受阻,從而影響海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)。

        3 重點(diǎn)海域的風(fēng)能資源分布

        3.1 歐洲

        2001年,丹麥RISO實(shí)驗(yàn)室模擬得出了歐洲50m高度的海上風(fēng)能資源分布??梢钥吹剑跉W洲三個(gè)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(guò)9m/s,且越往西風(fēng)速越大,很多海域的平均風(fēng)速能達(dá)到10m/s以上,比如在英國(guó)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(duì)較差,大部分地區(qū)的平均風(fēng)速在7m/s左右。

        3.2 美國(guó)

        2010年,美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用多種數(shù)值模擬的方法進(jìn)行綜合模擬和分析,得出了美國(guó)海上90m高度的風(fēng)能資源分布。美國(guó)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(dá)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(guó)

        2010年,國(guó)家氣候中心模擬給出了中國(guó)近海70m高度風(fēng)能資源分布。中國(guó)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(gè)海域中,以臺(tái)灣海峽的風(fēng)能資源最為豐富,平均風(fēng)速達(dá)8.5m/s以上,局部超過(guò)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(duì)較差,平均風(fēng)速在7m/s左右。

        4 結(jié)語(yǔ)

        (1)從大氣環(huán)流的角度來(lái)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(shí)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(diǎn)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(guó),平均風(fēng)速為8~10m/s;而中國(guó)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?yàn)?zāi)害對(duì)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(duì)中國(guó)海上風(fēng)電的影響非常大,尤其是在長(zhǎng)江口以南的南海和東海海域,應(yīng)引起足夠的重視。

        參考文獻(xiàn)

        [1]李曉燕,余志.海上風(fēng)力發(fā)電進(jìn)展[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),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(píng)估技術(shù)[R].信息化項(xiàng)目管理與風(fēng)資源評(píng)估國(guó)際培訓(xùn)班講義,2010,12.

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