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        中條山西南部山區(qū)風(fēng)向風(fēng)速資料分析*

        2021-08-05 08:01:16范秀平戴翠賢史源香徐可文米曉楠
        科技與創(chuàng)新 2021年14期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)速分析

        范秀平,戴翠賢,史源香,徐可文,米曉楠

        (1.山西省氣象信息中心,山西 太原030006;2.河南省三門峽市氣象局,河南 三門峽472000;3.山西省氣候中心,山西 太原030006)

        風(fēng)能利用研究日益受到科研機(jī)構(gòu)眾多學(xué)者的關(guān)注,陳艷英[1]模擬了重慶地區(qū)風(fēng)資源的空間分布;馬玲霞等[2]探討了新疆老風(fēng)口風(fēng)能資源分布特征;莫芳等[3]對(duì)涼山州風(fēng)資源分布特征進(jìn)行了分析;段門喜等[4]對(duì)山西朔州平魯區(qū)1975—2004年逐月風(fēng)能變化情況進(jìn)行了分析,得出風(fēng)功率密度與風(fēng)速之間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系;江瀅等[5]指出利用氣候模式模擬和預(yù)估近地層風(fēng)速方面的研究還需要做大量試驗(yàn)。

        中條山西南部山區(qū)位于晉豫兩省運(yùn)城、三門峽地區(qū)交界處,是中國重要的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地之一。如何有效利用風(fēng)能發(fā)電是該區(qū)域加快能源建設(shè)、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的現(xiàn)實(shí)需要,同時(shí)也是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、加速鄉(xiāng)村振興發(fā)展的迫切需求。

        1 資料來源及分析方法

        1.1 資料來源

        2011年后,山西、河南氣象部門大面積鋪開常規(guī)氣象觀測站(簡稱“區(qū)域站”)建設(shè)工程,成為國家地面觀測氣象站(簡稱“國家站”)的重要補(bǔ)充,所采集數(shù)據(jù)為小尺度天氣系統(tǒng)預(yù)報(bào)研判、細(xì)化分析風(fēng)資源提供了數(shù)據(jù)支持。本文利用2014—2018年11個(gè)國家地面觀測氣象站、67個(gè)常規(guī)氣象觀測站(如表1所示)風(fēng)向風(fēng)速資料,進(jìn)行該區(qū)域風(fēng)速日、月、年變化以及風(fēng)向頻率分析。

        表1 參與分析的站點(diǎn)個(gè)數(shù)及區(qū)站號(hào)

        1.2 分析方法

        選用2014—2018年各小時(shí)10 min平均風(fēng)速風(fēng)向和最大、極大風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其中,最大風(fēng)速為某時(shí)段出現(xiàn)的最大10 min平均風(fēng)速值,極大風(fēng)速指某個(gè)時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時(shí)風(fēng)速值,風(fēng)向方位按16方位統(tǒng)計(jì)分析。依據(jù)各站小時(shí)數(shù)據(jù)利用地面氣象測報(bào)(OSSMO)軟件計(jì)算每日平均風(fēng)速(24時(shí)次),挑取日最大、極大風(fēng)速;計(jì)算每月(年)平均風(fēng)速,挑取月(年)最大、極大風(fēng)速及月(年)最多風(fēng)頻。利用Excel軟件做各站的月、季、年風(fēng)速變化趨勢圖、繪制各站風(fēng)向玫瑰圖。

        2 風(fēng)速分析

        2.1 風(fēng)速日變化

        該地區(qū)11個(gè)國家站一日(以20:00為日界)當(dāng)中風(fēng)資源比較密集的時(shí)段集中在08:00—14:00,風(fēng)速在2~3.5 m/s之間。疊加區(qū)域站資料后,有62個(gè)區(qū)域站風(fēng)速日變化與國家站類似(如圖1所示),08:00—14:00風(fēng)速較大,其余時(shí)次風(fēng)速較小,多在11:00風(fēng)速達(dá)到當(dāng)日最高。日平均風(fēng)速在1.0~1.9 m/s之間的有40站,在2.0~2.9 m/s之間的有25站,大于3.0 m/s的有8站,其中位于河南三門峽市湖濱區(qū)高廟鄉(xiāng)大安村的O2171,各時(shí)風(fēng)速最大,日變化在3.5~4.8 m/s之間。

        圖1 中條山西南部山區(qū)11個(gè)國家站和62個(gè)區(qū)域站小時(shí)風(fēng)速日變化曲線

        但也有5個(gè)區(qū)域站風(fēng)速日變化與以上趨勢不一致。O2175、B8278、B8310三站16:00后風(fēng)速逐漸增大,夜間22:00左右風(fēng)速逐漸減小,白天08:00—14:00反倒是個(gè)低值區(qū)。B8157、B8204的日變化曲線有多個(gè)高值區(qū),其中04:00—07:00、12:00—14:00風(fēng)速較大。結(jié)合這5站參數(shù)及地理環(huán)境進(jìn)行進(jìn)一步比較分析,除B8204外,其余4站考慮風(fēng)速日變化規(guī)律受站點(diǎn)所處的周圍環(huán)境影響,在這些站點(diǎn)附近建立風(fēng)電場時(shí)需考慮周圍環(huán)境的影響。

        2.2 風(fēng)速月、季、年變化

        1月聞喜、平陸、垣曲有4~6 m/s風(fēng)速較大區(qū),聞喜、垣曲個(gè)別站點(diǎn)風(fēng)速達(dá)到6~8 m/s。2月聞喜、絳縣、垣曲、平陸有4~6 m/s風(fēng)速較大區(qū),聞喜、絳縣、垣曲個(gè)別站點(diǎn)風(fēng)速達(dá)到6~8 m/s。3月絳縣東北部、平陸南部及夏縣的小區(qū)域風(fēng)速較大,其余多數(shù)地區(qū)風(fēng)速在2~4 m/s之間。4月多地風(fēng)速在2~4 m/s之間,少部分在0~2 m/s之間。5月與4月接近,6—10月多地風(fēng)速小于4 m/s,11、12月風(fēng)速逐漸增大,平陸南部與三門峽交界處出現(xiàn)4~6 m/s風(fēng)速區(qū)。冬半年風(fēng)速明顯大于夏半年。春季風(fēng)速多在2~4 m/s之間,鹽湖區(qū)、平陸、垣曲地域內(nèi)風(fēng)速多小于2 m/s。夏季北麓風(fēng)速進(jìn)一步減小,南麓芮城、平陸、夏縣少部分地區(qū)風(fēng)速在2~4 m/s之間。秋季變化與夏季接近。冬季風(fēng)速進(jìn)一步加大,多地風(fēng)速在2~4 m/s之間,并且在垣曲、聞喜、平陸出現(xiàn)4~6 m/s風(fēng)速區(qū)。因此冬、春季是這個(gè)區(qū)域風(fēng)資源比較豐富的季節(jié)。

        該區(qū)北麓年平均風(fēng)速較小,多在1.0~2.6 m/s之間,只有聞喜中部、鹽湖區(qū)北部小部區(qū)域風(fēng)速在2.6~4.0 m/s之間。山區(qū)南麓風(fēng)速相對(duì)較大,芮城中部及與河南靈寶交界處風(fēng)速在2.6~3.2 m/s之間。平陸、夏縣為風(fēng)速高值區(qū),尤其平陸南部與河南三門峽交界處,風(fēng)速在4.0~4.8 m/s之間,是風(fēng)資源密集區(qū)。分析各站2014—2018年最大風(fēng)速資料,永濟(jì)靠近中條山附近、芮城西南部和靈寶交界地帶、平陸東南部與三門峽交界地帶、夏縣中部及鹽湖區(qū)東北部最大風(fēng)速可達(dá)13~16 m/s,平陸和夏縣最大風(fēng)速達(dá)16~19 m/s。挑取2014—2018年各站極大風(fēng)資料中最大的一次,芮城西南部和靈寶交界地帶、平陸東南部與三門峽交界地帶仍是極大風(fēng)活躍區(qū),瞬時(shí)風(fēng)速可達(dá)28~32 m/s,以二者為中心,向周邊延伸,極大風(fēng)速在25~28 m/s之間,僅絳縣與聞喜交界處、垣曲大部、聞喜與夏縣交界處、鹽湖區(qū)西部少數(shù)地方極大風(fēng)較小,如圖2所示。

        圖2 年平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速變化圖

        3 風(fēng)向分析

        3.1 風(fēng)向季變化

        利用Excel軟件繪制各站各年的風(fēng)向玫瑰圖,并按季節(jié)綜合分析,如圖3所示。山區(qū)春季多數(shù)站最多風(fēng)向?yàn)镋,夏季多數(shù)站最多風(fēng)向?yàn)镾SE,秋季多數(shù)站最多風(fēng)向?yàn)镾E,冬季多數(shù)站最多風(fēng)向?yàn)镋NE。風(fēng)電場建設(shè)初期不僅應(yīng)考慮大氣環(huán)流背景,還應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐匦巍⒌貏輰?duì)風(fēng)的走向的影響,需要參考周邊站點(diǎn)各月風(fēng)向頻率,同時(shí)要關(guān)注年最多、次多風(fēng)向。

        圖3 四季最多風(fēng)向分布圖

        3.2 風(fēng)向年變化

        山區(qū)年最多風(fēng)向?yàn)镋的站較多,其他年最多風(fēng)向沒有明顯規(guī)律。因此具體建立風(fēng)電場要參考周邊站點(diǎn),逐一分析其風(fēng)速、風(fēng)向變化,綜合考慮。

        4 結(jié)論

        平陸東部、夏縣南部、芮城與靈寶交界處為風(fēng)資源密集區(qū),是開發(fā)風(fēng)資源、建立風(fēng)電場的理想選擇。

        中條山西南部山區(qū)110.43°E—110.67°E之間,111.13°E—111.60°E之間和35.17°N以南為風(fēng)資源較豐富區(qū),在該區(qū)域開發(fā)建廠、生態(tài)治理或風(fēng)力發(fā)電都需考慮周邊風(fēng)向風(fēng)速的季、年變化情況。

        山區(qū)冬半年風(fēng)速明顯大于夏半年。冬半年最多風(fēng)向以ENE、E為主,夏半年最多風(fēng)向以SSE、SE為主。但不同地方的最多風(fēng)向除受大氣環(huán)流影響外,還受當(dāng)?shù)氐匦?、海拔高度等的影響,有些站點(diǎn)次多風(fēng)向和最多風(fēng)向方位完全相反,因此,需要根據(jù)季節(jié)做生產(chǎn)上的調(diào)整。

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