风能资源开发利用气象服务体系设计_贺志明
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风能资源的优劣是能否发展风电场以及影响 风电场效益发挥的重要因素。近百年来全球和中 国的气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变 化, 它对世界和我国的生态系统和社会经济产生 了并将继续产生重大的影响。气候变化背景下风 能资源变化如何, 未来风能资源空间分布如何变 化, 未来风能资源长期变化趋势如何, 气候变化对 风能资源开发利用产生哪些影响等, 这些问题必 须由气象部门用观测数据、科研成果和业务产品 来回答。因此, 非常有必要建立风能资源开发利 用业务服务体系, 以实现对风能资源的长期监测、 分析与评估。 1. 4 是做好风力发电预报的需要
数据库包含拟开发风电场周边的气象台站的 历史数据、测风铁塔数据、风电场资源评价数据, 风能评价成果、风电场预报产品和服务材料。邱 凉 [ 6] 等 以 V isual Basic 为 开 发 工 具, 利 用 SQL Server为数据库开发风能资源评估系统, 使得风 能评价工作在 w indow s平台下实现了 数据导入、 提取、修改、订正和评价功能, 提高了工作效率和 服务质量。其设计和开发思路值得借鉴。 2. 3 建成风能资源技术服务平台
截至 2005 年 底, 中 国 风 电 累 计 装 机 容 量 126. 6 104 KW, 建设风电场 62个, 累计风电机组 1 864台, 分布在 15个省 ( 市、自治区 ), 2005年装 机比上年增长 65. 6% , 2005年风电上网电量 15. 3 108 KW 时。中部地区经过几年的风能资源调 查和评价, 风电场的开发建设即将进入实际开发 利用阶段。风力资源会呈现有规律性的日变化、 月变化、季变化和年变化特征, 而风电有一定的电 网接受条件。风电场运行和调度与气象条件关系 密切, 如风向、风速的变化会引 起风力发电的变 化, 从而会影响电网的调度。目前我国风电场建 设的制约因素之一就是风电的不稳定性对电网的 冲击, 在实际工作中, 电网公司都要求风力发电公 司提供预期发电量, 但目前国内还没有气象部门
第 5期
贺志明等: 风能资源开发利用气象服务体系设计
6 13
开展风力发电预报业务, 而是由风电场承担运营 的公司根据经验简单进行分析, 预报准确度急需 提高。 1. 5 是做好风电场运行气象服务保障的需要
对风机产生威胁的气象灾害主要有低温、结 冰、台风、雷暴、沙尘暴等, 我国幅员辽阔, 区域气 候特征变化明显。风机是风电场投资的主体, 风 机的投资占风电 场投资的比例 很大, 1台 1 200 KW 的风机投资就达到 500万元 ~ 600 万元。如 极端风速对风机影响极大, 2003年 9月台风 杜 鹃 影响红海湾风电场, 很多风机叶片破裂, 有的 折断; 2006年 8月的超强台风 桑美 影响温州苍 南鹤顶山风电场, 多数风机叶片折断, 有的风机竖 杆甚至拦腰折断, 损失很大。如果有风电场预报 预警信息, 采取提前关机等预防措施, 可以减少风 电场的损失。如何做好风电场运行的气象服务保 障已经是一个迫切的课题。
在充分利用现有风能资源监测塔的基础上, 在风能资源丰富的重点地区建立风能资源业务观 测铁塔, 形成风能资源梯度监测网。风能资源观 点测网布点原则如下:
( 1) 调查现有风塔位置, 避免出现重复建设; ( 2) 在选定风能资源丰富区内北方平原开阔 地约每 200 km2 布设一座风塔, 山地复杂地形密 些, 约每 50 km 2 布设一座风塔; ( 3) 模式模拟指导风塔选点, 针对选定的风 能资源丰富区, 选择不同天气类型进行数值模拟 试验, 风速变化梯度大的地区选点设测风塔; ( 4) 在不同地形及下垫面条件下, 如高原、山 地、丘陵、平原、沙漠、戈壁、湖泊周边、沿海等地设 测风塔; ( 5) 按照不同气候特点设塔。 2. 2 建设风能资源开发利用数据库
摘要: 分析了能源增长和风力发电的发展趋势, 针对风电场的建设运行对气象服务的需求, 提出了风能资源开
发利用气象服务体系的 建设目标和内容, 设计了其业务流程, 为风能资源开发利气象服务体系建设提供参考。
关键词: 风能资源; 气象服务体系 ; 设计
中图分类号: TK89
文献标识码: A
The Designing on M eteorological Service System of W ind R esources D evelopm ent U se
风能资源是清洁的可再生能源, 安全、清洁、 资源丰富, 取之不竭, 是一种永久性的大量存在的
本地资源, 可提供长期稳定的能源供应。风力发 电是新能源领域中技术最成熟、最具规模开发商
业化发展前景的发电方式之一。发展风电对于保 障能源安全、调整能源结构、减轻环境污染、实现
可持续发展等都具有非常重要的意义。近年来, 中部地区工业快速发展, 人民的生活水平迅速提 高, 对能源的需求也快速增长, 要实现可持续发展 目标, 保障能源Hale Waihona Puke Baidu持续安全供应, 大力开发清洁的 风能资源, 已经进入实际操作阶段。
2 建设的主要目标
风能资源开发利用业务服务体系在充分利用 气象部门现有的监测网的基础上, 在有开发利用 价值的重点地区增设风能资源监测塔, 采用无线 传输通讯技术, 建立具有风能资源动态监测、评估 分析和预报预警功能的风能资源开发利用业务服 务流程, 为各地气象部门开展风电场选址、风电场 资源评价、风电场预报和风电场运行保障提供应 用平台。 2. 1 组建风能资源监测网
H E Zh-im ing, N IE Q iu- sheng, CA I Zhe, L IU Dong-ha i
( Jiangx i P rov inc ialM eteoro log ica l Sc ience Institu te, Jiangx iN anchang 330046 PRC )
612
江西科学
2007年第 25卷
宏伟目标。根据国民经济发展和能源需求, 国家 发展和改革委员会制定的 2020年风电发展目标 为 3 000 104 KW。近 5年来, 世界风电装机以年 均 26. 3% 的 速度快速增长, 装机容量不 断扩大。 到 2005年底, 全球风电累计装机 5 932 104 KW, 中国风电累计装机容量 126. 6 104 KW, 比上年 增长 66% 。可以预计未来 15 年将是我国风电大 发展的大好时机。中部地区虽然地处内陆, 因为 冷空气活动、台风活动和特殊地形作用, 也蕴藏可 观的风能资源储量。薛桁、朱瑞兆 [ 2] 等根据全国 900余个气象台站实测资料, 估 算了各省及全国 离地面 10 m 高度层上的风能资源储量, 我国的风 能资源总贮量为 32. 6 108 KW, 实际可开发量为 2. 53 108 KW。其中以江西省为例, 据现有资料 初步估算, 江西省鄱阳湖区风能资源较丰富, 技术 可开发量约 210 104 KW。该地区受峡管湖道地 形的作用, 风向稳定, 风力品质较优 [ 3 ] 。
的需要 因为风资源调查和评估的可以分为以下几个 步骤: 风能资 源普查 的资料 网格 间距 100 km ~ 200 km; 风能资源详查的资料网格间距为 10 km ~ 50 km; 风能资源的细查和选址资料网格为间距 0. 5 km ~ 5 km; 微观选址的还要精确到风机排布 与出力估计。目前国内的风电场微观选址大多数 是应用丹麦国家实验 室的 WASP 软件和 美国的 W indF am er软件, 由于风能资源 局地性分布非常 强, 加上测风资料的不足和国外软件主要适用于
2002年, 欧洲 风能协 会与绿 色和 平发表 了 《风力 12》的研究报告, 全面评述了世界范围内发 展风电的资源条件、技术基础和政策环境, 提出了 2020年风电在全球全部发电装机中占据 12% 的
收稿日期: 2007- 05- 28; 修订日期: 2007- 08- 02 作者简介: 贺志明 ( 1976- ), 男, 工程师, 主要从事资源气象、环境气象研究工作。 基金项目: 中国气象局 风电场选址和 风电场保障业务系统 项目资助。
0 引言
目前, 全球都面临着能源挑战, 气候变化、日 益增长的能源需求、能源安全问题得到广泛关注。 1985年, 中国曾净出口石油 3 540 104 ,t 从 1993 年开始转为净进口, 2005年净进口石油达到 1. 4
108 ,t 约占需求的 40% 以上。中国未来的经济 增长目标是, GDP 到 2020年将比 2000年翻两番, 基本实现工业化。专家估计, 能源消费应比 2000 年的 13. 6 108 t标准煤翻一番多, 才能保证实现 GD P翻两番的目标 [ 1] 。
第 25卷 第 5期 2007年 10月
江西科学
JIANGX I SC IENCE
Vo.l 25 N o. 5 O c.t 2007
文章编号: 1001- 3679( 2007) 05- 0611- 05
风能资源开发利用气象服务体系设计
贺志明, 聂秋生, 蔡 哲, 刘东海
(江西省气象科学 研究所, 江西 南昌 330046)
Abstract: Ana lyzed the energy grow th and the w ind pow er generation deve lopm ent tendency, needle w indw ard e lectric field construct ion m ovem ent to m eteorolog ical serv ice dem and, proposed the construction goal and the conten t o f w ind energy resources deve lopm ent use to m eteoro log ica l serv ice system, designed its serv ice flow, prov ide the reference for the w ind energy resources developm en t use m eteo ro log ica l serv ice system construction. K ey w ord s: T he w ind energy resources, T he resources m eteorological service system, D esign
平原地区, 没有针对中国地区进行开发, 使得国内 风电场微观选址效果不太理想, 导致在复杂地形 地区风电场移动风机的现象非常普遍。据风电专 家透露, 因为资源评价失实等原因, 国内建成运行 的 风 电场 实 际发 电量 一 般比 风 能资 源 评估 低 20% ~ 30% , 有的甚至低 40% , 严重影响 了风电 场的收益。杨振斌、薛桁 [ 5] 等就复杂地形条件下 风能资源评估进行初步研究, 通过对北京大学准 净力模式进行改进, 并进行数值模拟试验。结果 表明, 理想地形条件下的模拟结果, 很好的体现山 区流场特性, 对复杂地形条件下风电场风机布局 具有很好的指导意义。准确的风能资源数据需要 气象部门有专业的风能资源评价队伍, 有过硬的 风能资源评价技术和严谨的业务服务流程, 从而 为风电的开发建设提供技术支持, 为政府和公司 提供决策依据。 1. 3 是应对气候变化的需要
1 建设的必要性
1. 1 是贯彻落实国务院 [ 2006] 3号文件的需要 2006年 1月 12日, 国务院关于加快气象事
业发展的若干意见 ( 国发 [ 2006] 3 号 ) 正式印 发。国务院 3号文件明确要求: 做好风能、太阳 能开发利用的气象服务。气象主管机构要负责组 建太阳辐射、风力强度监测网, 在全国范围内开展 风能、太阳能资源的多层次普查和可利用资源的 评估, 为制订和修订风能、太阳能资源开发利用规 划提供科学依据, 为大型风电场和太阳能电站勘 察、选址提供技术支持, 为风电场、太阳能电站的 建设、运 行、调 度 提 供实 时 气 象 监 测和 预 报 服 务 [ 4] 。要完成国务院赋予气 象部门的职责, 必 须建立从风能资源监测、评价和预报服务和技术 服务一体的风能资源开发利用业务服务体系。 1. 2 是满足风电场建设对风能资源精细化评价
数据库包含拟开发风电场周边的气象台站的 历史数据、测风铁塔数据、风电场资源评价数据, 风能评价成果、风电场预报产品和服务材料。邱 凉 [ 6] 等 以 V isual Basic 为 开 发 工 具, 利 用 SQL Server为数据库开发风能资源评估系统, 使得风 能评价工作在 w indow s平台下实现了 数据导入、 提取、修改、订正和评价功能, 提高了工作效率和 服务质量。其设计和开发思路值得借鉴。 2. 3 建成风能资源技术服务平台
截至 2005 年 底, 中 国 风 电 累 计 装 机 容 量 126. 6 104 KW, 建设风电场 62个, 累计风电机组 1 864台, 分布在 15个省 ( 市、自治区 ), 2005年装 机比上年增长 65. 6% , 2005年风电上网电量 15. 3 108 KW 时。中部地区经过几年的风能资源调 查和评价, 风电场的开发建设即将进入实际开发 利用阶段。风力资源会呈现有规律性的日变化、 月变化、季变化和年变化特征, 而风电有一定的电 网接受条件。风电场运行和调度与气象条件关系 密切, 如风向、风速的变化会引 起风力发电的变 化, 从而会影响电网的调度。目前我国风电场建 设的制约因素之一就是风电的不稳定性对电网的 冲击, 在实际工作中, 电网公司都要求风力发电公 司提供预期发电量, 但目前国内还没有气象部门
第 5期
贺志明等: 风能资源开发利用气象服务体系设计
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开展风力发电预报业务, 而是由风电场承担运营 的公司根据经验简单进行分析, 预报准确度急需 提高。 1. 5 是做好风电场运行气象服务保障的需要
对风机产生威胁的气象灾害主要有低温、结 冰、台风、雷暴、沙尘暴等, 我国幅员辽阔, 区域气 候特征变化明显。风机是风电场投资的主体, 风 机的投资占风电 场投资的比例 很大, 1台 1 200 KW 的风机投资就达到 500万元 ~ 600 万元。如 极端风速对风机影响极大, 2003年 9月台风 杜 鹃 影响红海湾风电场, 很多风机叶片破裂, 有的 折断; 2006年 8月的超强台风 桑美 影响温州苍 南鹤顶山风电场, 多数风机叶片折断, 有的风机竖 杆甚至拦腰折断, 损失很大。如果有风电场预报 预警信息, 采取提前关机等预防措施, 可以减少风 电场的损失。如何做好风电场运行的气象服务保 障已经是一个迫切的课题。
在充分利用现有风能资源监测塔的基础上, 在风能资源丰富的重点地区建立风能资源业务观 测铁塔, 形成风能资源梯度监测网。风能资源观 点测网布点原则如下:
( 1) 调查现有风塔位置, 避免出现重复建设; ( 2) 在选定风能资源丰富区内北方平原开阔 地约每 200 km2 布设一座风塔, 山地复杂地形密 些, 约每 50 km 2 布设一座风塔; ( 3) 模式模拟指导风塔选点, 针对选定的风 能资源丰富区, 选择不同天气类型进行数值模拟 试验, 风速变化梯度大的地区选点设测风塔; ( 4) 在不同地形及下垫面条件下, 如高原、山 地、丘陵、平原、沙漠、戈壁、湖泊周边、沿海等地设 测风塔; ( 5) 按照不同气候特点设塔。 2. 2 建设风能资源开发利用数据库
摘要: 分析了能源增长和风力发电的发展趋势, 针对风电场的建设运行对气象服务的需求, 提出了风能资源开
发利用气象服务体系的 建设目标和内容, 设计了其业务流程, 为风能资源开发利气象服务体系建设提供参考。
关键词: 风能资源; 气象服务体系 ; 设计
中图分类号: TK89
文献标识码: A
The Designing on M eteorological Service System of W ind R esources D evelopm ent U se
风能资源是清洁的可再生能源, 安全、清洁、 资源丰富, 取之不竭, 是一种永久性的大量存在的
本地资源, 可提供长期稳定的能源供应。风力发 电是新能源领域中技术最成熟、最具规模开发商
业化发展前景的发电方式之一。发展风电对于保 障能源安全、调整能源结构、减轻环境污染、实现
可持续发展等都具有非常重要的意义。近年来, 中部地区工业快速发展, 人民的生活水平迅速提 高, 对能源的需求也快速增长, 要实现可持续发展 目标, 保障能源Hale Waihona Puke Baidu持续安全供应, 大力开发清洁的 风能资源, 已经进入实际操作阶段。
2 建设的主要目标
风能资源开发利用业务服务体系在充分利用 气象部门现有的监测网的基础上, 在有开发利用 价值的重点地区增设风能资源监测塔, 采用无线 传输通讯技术, 建立具有风能资源动态监测、评估 分析和预报预警功能的风能资源开发利用业务服 务流程, 为各地气象部门开展风电场选址、风电场 资源评价、风电场预报和风电场运行保障提供应 用平台。 2. 1 组建风能资源监测网
H E Zh-im ing, N IE Q iu- sheng, CA I Zhe, L IU Dong-ha i
( Jiangx i P rov inc ialM eteoro log ica l Sc ience Institu te, Jiangx iN anchang 330046 PRC )
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江西科学
2007年第 25卷
宏伟目标。根据国民经济发展和能源需求, 国家 发展和改革委员会制定的 2020年风电发展目标 为 3 000 104 KW。近 5年来, 世界风电装机以年 均 26. 3% 的 速度快速增长, 装机容量不 断扩大。 到 2005年底, 全球风电累计装机 5 932 104 KW, 中国风电累计装机容量 126. 6 104 KW, 比上年 增长 66% 。可以预计未来 15 年将是我国风电大 发展的大好时机。中部地区虽然地处内陆, 因为 冷空气活动、台风活动和特殊地形作用, 也蕴藏可 观的风能资源储量。薛桁、朱瑞兆 [ 2] 等根据全国 900余个气象台站实测资料, 估 算了各省及全国 离地面 10 m 高度层上的风能资源储量, 我国的风 能资源总贮量为 32. 6 108 KW, 实际可开发量为 2. 53 108 KW。其中以江西省为例, 据现有资料 初步估算, 江西省鄱阳湖区风能资源较丰富, 技术 可开发量约 210 104 KW。该地区受峡管湖道地 形的作用, 风向稳定, 风力品质较优 [ 3 ] 。
的需要 因为风资源调查和评估的可以分为以下几个 步骤: 风能资 源普查 的资料 网格 间距 100 km ~ 200 km; 风能资源详查的资料网格间距为 10 km ~ 50 km; 风能资源的细查和选址资料网格为间距 0. 5 km ~ 5 km; 微观选址的还要精确到风机排布 与出力估计。目前国内的风电场微观选址大多数 是应用丹麦国家实验 室的 WASP 软件和 美国的 W indF am er软件, 由于风能资源 局地性分布非常 强, 加上测风资料的不足和国外软件主要适用于
2002年, 欧洲 风能协 会与绿 色和 平发表 了 《风力 12》的研究报告, 全面评述了世界范围内发 展风电的资源条件、技术基础和政策环境, 提出了 2020年风电在全球全部发电装机中占据 12% 的
收稿日期: 2007- 05- 28; 修订日期: 2007- 08- 02 作者简介: 贺志明 ( 1976- ), 男, 工程师, 主要从事资源气象、环境气象研究工作。 基金项目: 中国气象局 风电场选址和 风电场保障业务系统 项目资助。
0 引言
目前, 全球都面临着能源挑战, 气候变化、日 益增长的能源需求、能源安全问题得到广泛关注。 1985年, 中国曾净出口石油 3 540 104 ,t 从 1993 年开始转为净进口, 2005年净进口石油达到 1. 4
108 ,t 约占需求的 40% 以上。中国未来的经济 增长目标是, GDP 到 2020年将比 2000年翻两番, 基本实现工业化。专家估计, 能源消费应比 2000 年的 13. 6 108 t标准煤翻一番多, 才能保证实现 GD P翻两番的目标 [ 1] 。
第 25卷 第 5期 2007年 10月
江西科学
JIANGX I SC IENCE
Vo.l 25 N o. 5 O c.t 2007
文章编号: 1001- 3679( 2007) 05- 0611- 05
风能资源开发利用气象服务体系设计
贺志明, 聂秋生, 蔡 哲, 刘东海
(江西省气象科学 研究所, 江西 南昌 330046)
Abstract: Ana lyzed the energy grow th and the w ind pow er generation deve lopm ent tendency, needle w indw ard e lectric field construct ion m ovem ent to m eteorolog ical serv ice dem and, proposed the construction goal and the conten t o f w ind energy resources deve lopm ent use to m eteoro log ica l serv ice system, designed its serv ice flow, prov ide the reference for the w ind energy resources developm en t use m eteo ro log ica l serv ice system construction. K ey w ord s: T he w ind energy resources, T he resources m eteorological service system, D esign
平原地区, 没有针对中国地区进行开发, 使得国内 风电场微观选址效果不太理想, 导致在复杂地形 地区风电场移动风机的现象非常普遍。据风电专 家透露, 因为资源评价失实等原因, 国内建成运行 的 风 电场 实 际发 电量 一 般比 风 能资 源 评估 低 20% ~ 30% , 有的甚至低 40% , 严重影响 了风电 场的收益。杨振斌、薛桁 [ 5] 等就复杂地形条件下 风能资源评估进行初步研究, 通过对北京大学准 净力模式进行改进, 并进行数值模拟试验。结果 表明, 理想地形条件下的模拟结果, 很好的体现山 区流场特性, 对复杂地形条件下风电场风机布局 具有很好的指导意义。准确的风能资源数据需要 气象部门有专业的风能资源评价队伍, 有过硬的 风能资源评价技术和严谨的业务服务流程, 从而 为风电的开发建设提供技术支持, 为政府和公司 提供决策依据。 1. 3 是应对气候变化的需要
1 建设的必要性
1. 1 是贯彻落实国务院 [ 2006] 3号文件的需要 2006年 1月 12日, 国务院关于加快气象事
业发展的若干意见 ( 国发 [ 2006] 3 号 ) 正式印 发。国务院 3号文件明确要求: 做好风能、太阳 能开发利用的气象服务。气象主管机构要负责组 建太阳辐射、风力强度监测网, 在全国范围内开展 风能、太阳能资源的多层次普查和可利用资源的 评估, 为制订和修订风能、太阳能资源开发利用规 划提供科学依据, 为大型风电场和太阳能电站勘 察、选址提供技术支持, 为风电场、太阳能电站的 建设、运 行、调 度 提 供实 时 气 象 监 测和 预 报 服 务 [ 4] 。要完成国务院赋予气 象部门的职责, 必 须建立从风能资源监测、评价和预报服务和技术 服务一体的风能资源开发利用业务服务体系。 1. 2 是满足风电场建设对风能资源精细化评价