翟昱明 (寧夏固原市氣象局，寧夏固原756000)

近年來(lái)，固原市政府投入大量資金建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站，在輕工業(yè)園區(qū)又引進(jìn)風(fēng)力發(fā)電塔筒制造項(xiàng)目，對(duì)當(dāng)?shù)仫L(fēng)力資源分布狀況的研究顯得十分必要。1980、1984、2004年我國(guó)開展了3次風(fēng)能資源普查，但是，朱成章指出我國(guó)3次風(fēng)能資源普查中尚存在某些問(wèn)題［1］，所以地域性開展風(fēng)的觀測(cè)與風(fēng)能調(diào)查就顯得非常重要。各地都對(duì)風(fēng)能特性開展詳細(xì)的研究，如王翔對(duì)新疆博州風(fēng)能資源進(jìn)行初步觀測(cè)和評(píng)估［2］，為開發(fā)風(fēng)力資源提供科學(xué)依據(jù)。楊宏青利用77個(gè)站點(diǎn)30年資料及6個(gè)野外觀測(cè)點(diǎn)資料，對(duì)湖北省風(fēng)的基本特征進(jìn)行了詳細(xì)分析［3］，探尋湖北省風(fēng)能資源豐富區(qū)分布。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 固原市位于寧夏回族自治區(qū)南部，轄四縣一區(qū)，即西吉、隆德、涇源、彭陽(yáng)縣和原州區(qū)，東與甘肅慶陽(yáng)市、平?jīng)鍪袨猷?，南與平?jīng)鍪邢噙B，西與白銀市分界，北與寧夏中衛(wèi)市、吳忠市接壤。地處西安、蘭州、銀川省府城市所構(gòu)成的三角地帶中心，是我國(guó)西部前景極佳的待開發(fā)地區(qū)。地域范圍在35.14°～36.38°N，105.20°～106.58°E 之間。境內(nèi)以六盤山為南北脊柱，將全市分為東西兩壁，呈南高北低之勢(shì)，海拔大部分在1 500～2 200 m之間。該市位于我國(guó)黃土高原的西北邊緣，由于受河水切割、沖擊，形成丘陵起伏，溝壑縱橫，山多川少，塬、梁、峁、壕交錯(cuò)的地理特征，屬黃土丘陵溝壑區(qū)?？?cè)丝?45.52萬(wàn)，人口密度137人/km2。總面積14 422.1 km2，固原市區(qū)面積45 km2。由于特殊的地理位置和地形特點(diǎn)，山頂風(fēng)力資源豐富。因此，對(duì)固原市風(fēng)能資源進(jìn)行研究，為開發(fā)風(fēng)力發(fā)電等提供依據(jù)是十分必要的。

1.2 研究方法 為詳細(xì)查明固原市風(fēng)能資源，固原市氣象局在全市設(shè)置了43個(gè)自動(dòng)氣象站，開展風(fēng)的觀測(cè)，分析過(guò)程中結(jié)合了國(guó)家基本氣象站的相關(guān)資料。6個(gè)代表站點(diǎn)站號(hào)為No.53817、No.53903、No.53910、No.53913、No.53914、No.53916。分析采用2013年1～12月1個(gè)完整年的逐時(shí)風(fēng)速風(fēng)向資料。依據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法》(GB/T18710－2002)，對(duì)資料的合理性和完整性進(jìn)行檢驗(yàn)，測(cè)風(fēng)資料均為合理數(shù)據(jù)，資料完整率接近100%，符合GB/T18710－2002中風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)價(jià)所用資料完整率必須在90%以上的要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 風(fēng)速

2.1.1 年平均風(fēng)速。各地的年平均風(fēng)速為2.2～6.5 m/s，最大風(fēng)速為15.0 ～29.0 m/s，極大風(fēng)速為25.2 ～43.8 m/s。

2.1.2 風(fēng)速、風(fēng)能密度的日變化。各地風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度日變化明顯，規(guī)律性較強(qiáng)。各縣(區(qū))城市區(qū)域:09:00以后風(fēng)速迅速增大，大風(fēng)速時(shí)段為09:00～21:00，22:00～08:00風(fēng)速相對(duì)較小;一般情況下10:00以后≥3 m/s風(fēng)速可持續(xù)到18:00，風(fēng)速的持續(xù)性非常好;平均風(fēng)功率密度變化規(guī)律與風(fēng)速變化一致，大值區(qū)也在09:00～21:00。但在六盤山頂，風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度日變化與城市區(qū)域相反。

2.2 威布爾參數(shù)分布 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速概率分布是體現(xiàn)風(fēng)能資源統(tǒng)計(jì)性的重要指標(biāo)和基礎(chǔ)，描述風(fēng)速概率分布有多種模式，國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為威布爾分布對(duì)風(fēng)能計(jì)算而言是比較好的模式，也是目前風(fēng)電開發(fā)中應(yīng)用最多的一種模式。該模式利用各地風(fēng)速數(shù)據(jù)，采用平均風(fēng)速計(jì)算威布爾分布的尺度參數(shù)C(m/s)和形狀參數(shù)K，通過(guò)這些參數(shù)，近似擬合風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際風(fēng)速頻率分布，了解風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速特性。因此，雙參數(shù)威布爾分布函數(shù)曲線的擬合對(duì)實(shí)際風(fēng)能資源的評(píng)估、風(fēng)力機(jī)的選擇、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組年發(fā)電量以及風(fēng)電場(chǎng)年總發(fā)電量的計(jì)算都是很重要的參數(shù)。威布爾分布的尺度參數(shù)C取決于風(fēng)速的時(shí)間特征和該分布與平均風(fēng)速之間的某種特定關(guān)聯(lián);形狀參數(shù)K表達(dá)該分布的形狀。K的值為9.17 ～22.00，K值越大，說(shuō)明風(fēng)速波動(dòng)越小，很顯然，K值越大，越適合風(fēng)力發(fā)電。由表1可知，固原市各地風(fēng)速頻率分布近似滿足威布爾函數(shù)分布。

2.3 風(fēng)能 各觀測(cè)站有效風(fēng)力出現(xiàn)小時(shí)數(shù)占全年25%左右;有效風(fēng)能時(shí)數(shù)均在1 679 h以上;有效風(fēng)功率密度均在29.2 W/m以上，特別是六盤山，年有效風(fēng)能時(shí)數(shù)達(dá)6 783 h。對(duì)比我國(guó)風(fēng)能評(píng)價(jià)指標(biāo)可知，各觀測(cè)點(diǎn)均屬風(fēng)能可利用區(qū)(表2)。

2.3.1 各風(fēng)向風(fēng)能分布。原州區(qū)以西北風(fēng)為主，風(fēng)能主要分布在NW～NNW之間;西吉縣以西西南風(fēng)為主，風(fēng)能主要分布在SW～W之間;彭陽(yáng)縣以西北和東南風(fēng)為主，風(fēng)能主要分布在W ～NW和ESE～SE之間;隆德縣以東南風(fēng)為主，主要分布在ESE～SSE之間;涇源縣以西北風(fēng)為主，風(fēng)能主要分布在WNW－NNW之間。固原市各縣(區(qū))風(fēng)向受地形影響較大。

2.3.2 各風(fēng)速與風(fēng)能百分比分布。風(fēng)能主要分布在1～4 m/s風(fēng)速，20 m/s以上風(fēng)速風(fēng)能分布沒(méi)有。固原全市風(fēng)能最多分別出現(xiàn)在3～4 m/s風(fēng)速時(shí)段。

表1 固原市各縣(區(qū))觀測(cè)站風(fēng)速威布爾參數(shù)值

表2 風(fēng)能參數(shù)

3 結(jié)論與討論

研究分析表明，固原市山峰有效風(fēng)力出現(xiàn)小時(shí)數(shù)占全年19.2% ～77.4%，在1 679～6 783 h之間，平均有效風(fēng)功率密度在29.2～186.4 W/m之間，山頂完全具備風(fēng)電開發(fā)價(jià)值。風(fēng)能全日都有利用，主要集中在偏西風(fēng)和東南風(fēng)，極少出現(xiàn)破壞性大風(fēng)。所以，風(fēng)能的穩(wěn)定性較好，有利于風(fēng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，進(jìn)行風(fēng)電開發(fā)潛力巨大。

［1］朱成章.關(guān)于中國(guó)風(fēng)能資源儲(chǔ)量的質(zhì)疑［J］.中外能源，2010，15(4):34－38.

［2］王翔.博州風(fēng)能資源研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(22):13653－13655.

［3］楊宏青.湖北省風(fēng)能資源評(píng)估［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，25(8):683－686.