风能应用

沿海地区风能资源的开发与利用

摘要: 我国沿海地区风能资源丰富，风能的相关应用，如风能发电，具有低碳，节能，环保等特点，符合我国新能源产业的要求，顺应全球经济社会可持续发展需求，因此近年来我国风能利用产业快速发展。本文就沿海地区风能资源特征以及应用现状和开发前景进行讨论。关键词：风能; 沿海; 开发利用; 可持续

引言

能源是推动人类社会进步的动力。自从工业革命以来，以石油、天然气、煤炭为代表的一次能源的推广利用，迅速推动了世界工业化的进程，提高了社会发展水平和人类生活水平。然而，这些不可再生能源的储量有限，难以满足急剧增长的巨大要求。能源危机严重阻碍了人类社会的进一步发展。风能资源是洁净的可再生资源。发展风能在调整能源结构，缓解环境污染等方面的作用已经成为了全世界的共识，世界上很多国家都给予重视，在其开发方面投入大量资金，是风能的开发利用在全世界得到迅猛发展。截至2009年，全球风电总装机容量已经达到1.6亿kw，全球已安装风力机每年发电3400万kwh，相当于全球电力消费的2%[5]我国海上风能资源非常丰富，但发展刚开始起步，从2005年开始，我国开始在浙江岱山、河北黄骅、上海以及江苏的如东和东台等地建设海上风电场。根据中国气象科学研究院初步探明，我国10米高度以上的陆上风能潜力为2.53亿kW，而近海风能资源是陆上风能资源的3倍，预计达到7.5亿kW[7]而且近海风资源丰富区距离辽东、华东及东南沿海电力负荷中心较近。海上风电资源开发潜力巨大，意义深远。开发与利用风能已经成为可持续发展的重要部分。今后, 随着国家对新能源的重视, 制定中长期规划, 出台激励政策, 我国风电将进入一个新的大规模发展阶段。

一沿海地区风能资源的自然条件

我国风能资源仅次于美国和前苏联，居世界第三[11-12]。已探明的中国风能理论储量为32.26亿千瓦，可利用开发为2.53亿千瓦。风能是水能的10倍，只要能够将地球1%的风能利用好，就能满足全球的能源需要。

我国的风能资源丰富区主要集中在两个带状地区，一条是“三北”（东北、华北、西北）地区，终年在高空西风带控制之下，且又是冷空气侵入我国必经之地，该地区面积大、交通方便、地势较平坦，风速随高度增加很快，风能资源十分丰富；另一条是“沿海及其岛屿地丰富带”，其风能功率密度线平行于海岸线。这些地区每年可利用风能的有效小时数约在7000～8000 小时，沿海夏、秋还有热带气旋的影响，每当台风登陆可产生一次大风过程。近年来，我国的交通条件得到极大的改善，电网覆盖程度有了很大的提高，许多风资源丰富地区己置于电网覆盖之下，也为我们建设大型风电场提供了更有利的条件。沿海丰富带年有效风能功率密度在200w/m2以上，将风能功率密度线平行于海岸线，沿海岛屿风能功率密度在500w/m2以上如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等。可利用小时数约在7000-8000[6]小时，这一地区特别是东南沿海，由海岸向内陆是丘陵连绵，所以风能丰富地区仅在海岸50km之内，再向内陆不但不是风能丰富区，反而成为全国最小风能区，风能功率密度仅50w/m2左右，基本上是风能不能利用的地区。

沿海风能丰富带，其形成的天气气候背景与三北地区基本相同，所不同的是海洋与大陆两种截然不同的物质所组成，二者的辐射与热力学过程都存在着明显的差异。大气与海洋间的能量交换大不相同。海洋温度变化慢，具有明显的热

隋性，大陆温度变化快，具有明显的热敏感性，冬季海洋较大陆温暖，夏季较大陆凉爽，这种海陆温差的影响，在冬季每当冷空气到达海上时风速增大，再加上海洋表面平滑，摩擦力小，一般风速比大陆增大2-4m/s。东南沿海又受台湾海峡的影响，每当冷空气南下到达时，由于狭管效应的结果使风速增大，这里是我国风能资源最佳的地区。登陆台风每年在我国有11个，而广东每年登陆台风最多为3.5次，海南次之2.1次，台湾1.9次，福建1.6次，广西、浙江、上海、江苏、山东、天津、辽宁合计仅1.7[4]次，由此可见，台风影响的地区由南向北递减、对风能资源来说也是南大北小。由于台风登陆后中心气压升高极快，再加上东南沿海东北-西南走向的山脉重叠，所以形成的大风仅在距海岸几十公里内。风能功率密度由 300w/m2锐减到100w/m2以下。

综观上述，冬春季的冷空气、夏秋的台风，都能影响到沿海及其岛屿。相对内陆来说这里形成了我国风能丰富带。由于台湾海峡的狭管效应的影响，东南沿海及其岛屿是我国风能最佳丰富区。我国有海岸线18000多公里，岛屿6000[9]多个，这里是风能大有开发利用的前景的地区。

二我国东南沿海地区风能利用的现况

1 沿海风能资源地域差异显著

从风能的理论可开发量和技术可开发量来评价我国沿海风能的地域差异, 沿

海各省的风能资源的储备量与可开发量不平衡。据统计, 我国离岸20 km 的近海区域约为31 7 万平方千米, 技术可开发量约为2816 亿千瓦。北方地区的理论可开发储量为20 520 万千瓦, 技术可开发储量才2 610 万千瓦, 占全国的61 9% , 而南方地区的理论可开发储量为12 300 万千瓦,技术可开发储量达到9 600 万千瓦, 占全国的31 89%。北方风能储备量多, 但是技术可开发量只达到13%; 南方虽然风能储量相对较少,但是技术可开发量达到78%。

2 沿海风力发电发展速度快

2007 年全球新增风电装机容量为2 0071 3万千瓦, 增长321 1%。美国( 5241 4万千瓦) 、西班牙( 35212万千瓦) 及中国( 34419万千瓦) 位居前3 名, 2007 年全球累计风电装机容量为941112万千瓦, 增长261.8% , 超出GWEC之前预估的221.6%。其中, 中国2007年累计的风电装置容量已达605万千瓦, 成为世界第5位风力发电国。到2008年中国除台湾省外新增风电机组5230台, 装机容量1 21513万千瓦【14】

3 风能利用规模小, 且分布不集中

以风能发电为例，欧洲风机的单机容量在1 000 万~ 7 000 万千瓦范围内, 据欧洲风能协会预测, 预计到2010年和2020年, 欧洲海上风电总装机容量将分别达到1 000万千瓦和7 000万千瓦。而我国沿海风电场装机台数在5~ 38 台,装机容量主要分布在1000~ 1500 kW, 单机容量以750 kW【13】的为主, 沿海风力发电电场装机台数少, 单机容量低, 发电规模小。沿海风电场的分布也不集中, 由原来的组团式分布到沿海各个省市都有分布。

4主要利用领域有：

(1)、风力提水机

行业现状：我国东南沿海地区风能资源较丰富，年平均风速为4m/s。这些地区乡镇工业发展迅速，用电量较大，常规能源贫乏，部分电网通达的地方缺电也较严重。为满足农田灌溉、水产养殖和盐场制盐等低扬程大流量提水作业的需要，当地用户已在使用一些低扬程风力提水装置。如福建省莆田地区利用风力提水制盐，天津市郊区利用风能排咸和育苗，山东省新泰市的风力—空气泵农田灌溉等，