瓦房店地区风能资源分析

瓦房店地区位于辽东半岛中部西侧濒临渤海 , 海岸线长为 46112 km ,全境总面积为 3 79315 km2 , 是连接沈阳和大连的重要经济区和交通枢纽[5 ] 。中 国风能 资 源 主 要 分 布 在 沿 海 和“三 北”两 大 风 带 上[6 ] ,而瓦房店则处在中国沿海风带上 。瓦房店地 区现在已经建成横山和东岗 2 个风力发电场[7 ] ,还 有多个风力发电场正在筹建 。随着近年来大量外资 投入到该地区进行风能资源的开发利用以及风能利 用技术的进展 ,为科学有效地开发利用瓦房店地区 的风能资源 ,必须对该地区风能资源的分布特点进 行客观评价 。所以 ,探讨风能资源分布与特征是瓦 房店地区风能利用的基础 ,开展风能资源分析评价 工作意义显著 。
平均风功率密度大于 200 W/ m2 为极丰富区 ,150 — 风能贫乏区 。综上所述 ,瓦房店地区西部沿海风能
200 W/ m2 为丰富区 ,100 —150 W/ m2 为较丰富区 , 资源最好 ,属于极丰富区 ;南部沿海及岛屿次之属于
50 —100 W/ m2 为一般区 ,小于 50 W/ m2 为贫乏区 5 丰富区 ;中部地区风资源较差 ,属于风能较丰富和一
个区域标准 。
般地区 ;东部地区风能最差属于风能贫乏区 。由此
根据表 3 可以看出 ,东岗地区风能最好 ,属于风 得出 ,瓦房店地区的风能资源自西向东由多到少呈
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气象与环境学报
第 24 卷
接 计算法和二参数的威布尔分布概率模型[8 ] 。由于
表 1 测风站点所在位置和海报高度
站名 类型
瓦房店 普兰店
熊岳
复州城
老虎屯 复州湾
东岗 长兴岛 得利寺
Hale Waihona Puke Baidu
瓦房店气象站 普兰店气象站 熊岳气象站 原瓦房店气象站由 1991 年迁至瓦房店 野外自动站 复州湾盐场气象站 野外自动站 野外自动站 野外自动站
图 1 测风点地理位置
212 风能参数计算方法 本文所计算的风能参数主要包括平均风功率密
度 、有效风力小时数 。计算方法采用国内通用的直
收稿日期 :2008 - 01 - 10 ;修订日期 :2008 - 03 - 11 。 作者简介 :李光一 ,男 ,1980 年生 ,助理工程师 ,主要从事应用气象方面的研究 。
211 资料来源 利用瓦房店地区的瓦房店 、东岗 、长兴岛 、得利
寺 、老虎屯 、复州湾 、复州城 7 个测风站点和相邻的 普兰店和熊岳 2 个气象站共 9 个测风点的风资料对 各项风能参数进行计算 。其中瓦房店 、东岗 、长兴 岛 、老虎屯 、普兰店和熊岳 6 个站使用的数据为 2006 年整年的逐时风向风速资料 ;复州湾为 2003 年 10 月 至 2004 年 9 月 ,得利寺为 2005 年 10 月至 2006 年 9 月的逐时风速资料 。复州城为 1971 —1990 年计 20 a 的年平均风速和年最大风速平均值资料 。瓦房店气 象站为 1991 —2007 年的年平均风速 。计算 50 a 一 遇最大风速所用资料为各气象站年最大风速资料时 间序列 。9 个测风点的地理位置和简要状况见图 1 和表 1 。
老虎屯
114
岗为 11215°,中部的老虎屯夹角为 13510°,东部的瓦 房店则达到 15715°。这种现象的具体原因不明 ,有
普兰店 熊岳
17 75
4 399 2 449 4 250
待今后深入研究 。
风能丰富区 。东岗 、复州湾 、长兴岛这 3 个点均位于
316 年风能资源参数分布
沿海地区或海岛 ,可见瓦房店沿海地区风能资源还
经计算 ,得到瓦房店及周边地区各个测风点的 是非常丰富的 ,适合进行风力发电场选址 。老虎屯
风能资源参数 , 见表 3 , 其中年有效风力小时数为 属于风能较丰富区 。熊岳 、复州城属于风能一般区 。
3 —25 m/ s 风速出现的小时数 。目前通用的标准 :年 瓦房店 、普兰店 、得利寺风能是全地区最小的 ,属于
图 5 2006 年各站风向玫瑰
向的地区 。选用瓦房店地区自东向西纬度相近的 3 效风力小时数均居全区第1 。复州湾 、长兴岛属于
个测点进行分析 ,瓦房店优势风向为 SE 和 NNW ,其
表 3 各站点年风能资源参数
中 SE 占 1411 % ,NNW 占 1312 %。老虎屯优势风向 为 NN E 和 SSE , 其 中 NN E 占 1410 % , SSE 占 1917 %。东岗优势风向为 N E 和 SSE 分别占 1510 % 和 1811 %。通过图 5 可知 ,从西部沿海地区的东岗 到中部的老虎屯再到东部内陆 ,瓦房店优势风向呈 近似 逆 时 针 方 向 的 转 动 。偏 北 风 变 化 为 N E —
位置环境
市郊 ,山脊上 市郊 ,平地 市郊
站点海拔 高度/ m
119 32 20
平原 ,开阔
29
平地 ,开阔
21
镇郊 ,近海
16
海岸
27
海岛 ,丘陵上
62
平地 ,靠山
20
资料不同 ,瓦房店 、东岗 、长兴岛 、得利寺 、老虎屯 、复 州湾 、普兰店和熊岳 8 个站点采用直接计算法计算 风能参数 ,复州城站采用年平均风速和年最大风速 平均值估算二 参 数 的 威 布 尔 分 布 计 算 风 能 参 数 。 50 a 1 遇最大风速采用极值 I 型概率分布计算 。
3 风能分布特点分析
311 年平均风速
2006 年 6 个 站 点 的 年 平 均 风 速 见 表 2 。从 表 2
表 2 2006 年各站年平均风速
m/ s
站名 瓦房店 长兴岛 东岗 老虎屯 普兰店 熊岳
平均风速 219 514 612 315 212 314
瓦房店 、普兰店均出现在9月 ,老虎屯出现在8月 ,熊
风速频率以 1 m/ s 为一个风速区间 ,统计年测风 序列中每个风速区间内风速出现的频率 。其中 0 代 表 010 —015 m/ s ,其余各风速区间的数字代表中间 值 。如 5 m/ s 风 速 区 间 为 416 —515 m/ s。图 3 列 出
可以看出 ,东岗和长兴岛年平均风速为 510 m/ s 或以 上 ,老虎屯和熊岳年平均风速为 310 —410 m/ s ,瓦房 店和普兰店年平均风速均小于 310 m/ s ,平均风速由 大到小排列分别为东岗 、长兴岛 、老虎屯 、熊岳 、瓦房 店 、普兰店 。 由表 2 可见 ,瓦房店地区西部岛屿和沿海地区 风速明显大于中部地区和东部内陆地区 ,北部近海 地区 (熊岳) 要小于西南部沿海地区 ,但接近瓦房店 中部 (老虎屯) 地区 。各测风点风速不同的原因除了 距海远近程度不同外 ,还与各站周围环境有关 ,如瓦 房店 、普兰店和熊岳测风点距城镇较近 ,受城市建筑 等影响比其他 3 个在农村的测风点大得多 ,也是导 致其风速偏小的主要原因 。瓦房店气象站 1991 — 2007 年累年平均风速为 315 m/ s ,所以上述各站风速 分析结 果 是 在 年 平 均 风 速 较 小 的 气 候 背 景 下 得 到 的。 312 月平均风速
关键词 :瓦房店 ;风速 ;风能参数 ;风能资源分布 中图分类号 : T K81 文献标识码 :A 文章编号 :1673 - 503X(2008) 03 - 0033 - 05
1 引言
2 资料来源和风能参数计算方法
近年来 ,能源危机已经是一个人类共同面对的 世界性难题 。发生在 20 世纪的 2 次世界范围内的石 油危机 ,使人们意识到寻求和发展可以替代化石燃 料的其他能源的重要性和紧迫性[1 ] 。风能资源作为 一种清洁的可再生能源 ,既能减少环境污染又能节 省煤 、水等资源[2 ] 。因此 ,开发利用风能资源是调整 能源结构 、实施能源和国民经济可持续发展的有效 手段 。研究表明 ,中国可开发的风能资源总贮量为 2153 亿 kW[3 ] ,但风能资源分布不均 。风能资源潜 力的多少 ,是风能利用的关键 。因此选择一种风力 机 ,不但要着重考虑节省基本投资 ,而且还要根据当 地风能资源选择适当的风力机 。使风机与风能资源 二者相匹配 ,才能获得最大的经济效益[4 ] 。
图 2 2006 年各站月平均风速变化曲线
岳出现在 7 月 。从曲线形状看 ,3 —5 月形成第 1 个 波峰 ,10 —12 月形成第 2 个波峰 ,但除东岗外 ,第 1 个波峰要高于第 2 个波峰 。7 —9 月则是全区风速低 谷期 。离海岸越近的站点第 2 个波峰越明显 ,而离 海岸越远的站点第 2 个波峰就越弱 。 313 风速频率
站名
瓦房店 长兴岛 东岗 复州湾 复州城
年平均风功率 密度/ ( W·m - 2)
45 200 318 191
84
年有效风力 小时数/ h
3 631 6 738 7 106 6 290 4 723
NN E —NNW ,偏南风变化为 SSE —SSE —SE 变化 。
得利寺
38
2 991
这 2 个优势风向的夹角也逐渐增大 ,西部沿海的东
第3期
李光一等 :瓦房店地区风能资源分析
35
速区仅占整个风速分布的 3611 %。由图 3 中还可以 看出 ,风速大于 4 m/ s 的频率 ,东岗和长兴岛明显多 于其他 4 个地区 。综上可知 ,瓦房店地区西部近海 的地方各风速区间频率分布较分散 ,越向东部内陆 延伸 风 速 频 率 分 布 越 集 中 在 小 风 速 区 间 。按 照 3 m/ s以上风速作为可利用的风速区间 ,沿海地区可 利用的风速所占全年的百分率要远大于中部地区和 东部地区 。 314 风速日变化
经计算分析 ,得到各站点风速日变化情况 :各站 均以每日 09 —18 时风速为最大 ,00 时至翌日 06 时 风速为最小 。总体可知 ,下午风速大于上午 ,白天风 速大于夜间 。由于各站风速日变化基本相同 ,所以
图 4 仅列出了瓦房店和老虎屯站的风速日变化 。
图 4 风速日变化
315 风向频率变化 由图 5 可以看出 ,瓦房店地区属于有 2 个优势风
2006 年各站月平均风速见图 2 。从图 2 可以看 出 ,除了东岗以外各站点最大平均风速均出现在 4 月 ,东岗出现在 11 月 。最小平均风速东岗 、长兴岛 、
图 3 2006 年各站风速频率分布
了 2006 年老虎屯 、熊岳 、瓦房店 、长兴岛 、东岗 、普兰 店 6 个站点风速频率分布情况 。 由图 3 中各站风速频率曲线可以看出 ,东岗 、长 兴岛风速频率最大值出现在 4 m/ s 风速区 ,分别为东 岗 1316 % , 长兴岛 1215 %。大 部 分 风 速 均 分 布 在 3 m/ s以上风速区 ,其占各自风速分布的 8110 %。瓦 房店 、熊岳城 2 m/ s 风速区频率最大 ,分别为 1912 % 和 2110 %。老 虎 屯 较 特 殊 , 0 m/ s 区 间 最 大 占 1518 % ,其次为 2 m/ s 占 1515 %。其中熊岳 0 m/ s 风速频率仅占 616 % ,远远小于老虎屯和瓦房店 。这 与熊岳城比后两者离海岸更近有关 。这 3 个站点的 3 m/ s 以上风速区占各自风速分布的 54 %。普兰店 最大风速频率区间为 1 m/ s 占 2417 % ,3 m/ s 以上风
第220408卷年第6
3期 月
J OU RNAL
OF
气象与环境学报 M ETEOROLO GY AND
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Vol124 No13 J une 2008
瓦房店地区风能资源分析
李光一 李辉 张艳
(瓦房店市气象局 ,辽宁 瓦房店 116300)
摘 要 :风能作为无污染可再生能源有着巨大的发展潜力 。为较准确地掌握瓦房店地区的风能资源分布情况 ,利用 1971 —2007 年瓦房店地区及周边共 9 个测风点的测风资料对风能资源评估参数进行了计算和分析 。结果表明 :瓦房店沿海地 区风能资源丰富 ,风能自西部沿海地区向东部内陆地区呈由多到少降阶梯形的分布趋势 。瓦房店地区月平均风速在春季和秋 末冬初形成 2 个波峰 ,离海岸越近的站点秋末冬初的波峰越明显 ,而离海岸越远的站点秋末冬初的波峰越弱 。瓦房店地区从西 部沿海经中部到东部内陆优势风向呈近似逆时针方向的转动 。