中国风能资源报告.pdf

中国的风能资源中国的风能资源 张秀芝张秀芝 国家气候中心国家气候中心国家气候中心国家气候中心 1302003431613020034316 010 58995455 1中国的盛行风中国的盛行风1. 中国的盛行风中国的盛行风 2. 风能资源观测技术风能资源观测技术 3. 风能资源评估技术和方法风能资源评估技术和方法 4. 目前中国的风资源评估技术及研究结果目前中国的风资源评估技术及研究结果目前中国的风资源评估技术及研究结果目前中国的风资源评估技术及研究结果 5. 中国近海潜在开发区域中国近海潜在开发区域 6台风对近海风电开发的影响台风对近海风电开发的影响6. 台风对近海风电开发的影响台风对近海风电开发的影响 1.中国的盛行风中国的盛行风1.  中国的盛行风中国的盛行风 超强台风“韦帕”超强台风“韦帕” 2. 风能资源观测技术风能资源观测技术 海上获取资料的主要手段海上获取资料的主要手段 海上获取资料的主要手段海上获取资料的主要手段 卫星遥感卫星遥感 覆盖面广，时间和空间连续性强覆盖面广，时间和空间连续性强 电子散射仪电子散射仪 quikscat电子散射仪电子散射仪 quikscat 合成孔径雷达合成孔径雷达 sar backscatteringbackscattering sea surface land 3 风能资源评估技术和方法风能资源评估技术和方法3. 风能资源评估技术和方法风能资源评估技术和方法 基于观测资料的计算基于观测资料的计算 基于卫星遥感数据的分析基于卫星遥感数据的分析 基于数学物理方法模拟基于数学物理方法模拟 基于数学物理方法模拟基于数学物理方法模拟 欧洲部分欧洲部分欧洲部分欧洲部分 地区风图地区风图地区风图地区风图 丹麦丹麦risoerisoe实验室实验室丹麦丹麦risoerisoe实验室实验室 80年代80年代 12个国家，208 个气象站10年资料 12个国家，208 个气象站10年资料 风能资源等级按 5种地形分类 风能资源等级按 5种地形分类 外推到50m高度外推到50m高度 1980年用975个气象站，1986年增加270多气象站，10年气象资料，1980年用975个气象站，1986年增加270多气象站，10年气象资料， 按照风速随高度1/7指数率外推到50m高度。按照风速随高度1/7指数率外推到50m高度。 加拿大风能分布图加拿大风能分布图加拿大风能分布图加拿大风能分布图 以台站资料为基础的风能分布图，以台站资料为基础的风能分布图， 1992 1 km/h = 0.278 m/s 10 km/h = 2.78  m/s 20 km/h = 5.56  m/s 第一次普查结果 第二次普查结果 第一次普查结果 第二次普查结果 中国陆地10m高度上的风能资源理论储量为 32 26亿kw技术可开发量为2 53亿kw其中不32.26亿kw，技术可开发量为2.53亿kw，其中不 包括近海的储量。 全国第三次风能资源普查结果全国第三次风能资源普查结果 我国陆地上离 地面10米高度处 风能资源理论储 量为43.5亿kw， 技术可开发量约 为2.97亿kw，技为 术可开发面积约 20万km2。20万km 。 实测资料分析的风能资源实测资料分析的风能资源实测资料分析的风能资源实测资料分析的风能资源 中国近海有效风功率密度中国近海有效风功率密度 1930-1980年船舶测风资料年船舶测风资料 kamm/wasp 100m height envisat shows lower mean wind speeds than the envisat shows lower mean wind speeds than the kamm/wasp. 数值模拟技术数值模拟技术数值模拟技术数值模拟技术 小尺度或小尺度或 线性诊断模式线性诊断模式 微尺度 数值模式 微尺度 数值模式 全方程组大气边界层模式 计算流体力学模式 全方程组大气边界层模式 计算流体力学模式 中尺度气象数值模式中尺度气象数值模式 数值模式数值模式 小尺度或微尺度数值模式小尺度或微尺度数值模式地理信息地理信息 f puuuu1 )( 中中 fv x p z u w y u v x u u t u = 1 )( fu pv w v v v u v 1 )(动量守恒动量守恒 中中尺尺度度 fu y p z w y v x u t = )( g pw w w v w u w = 1 )( 动量守恒动量守恒 度度气气象象 g zz w y v x u t )( 质量守恒质量守恒)(wvu = 象象模模式式 质量守恒质量守恒)(w z v y u xt 热量守恒热量守恒 swvu = 式式基基 热量守恒热量守恒 s z w y v x u t = 水物质守恒水物质守恒 nnnn s qqqq )( 本方本方 水物质守恒水物质守恒 n q nnnn s z q w y q v x q u t q = )( 大气状态方程大气状态方程 ptp 程组程组 大气状态方程大气状态方程 ptp = 大气边界层模式基本方程组大气边界层模式基本方程组大气边界层模式基本方程组大气边界层模式基本方程组 ' =uuu jjj ' ' = = ppp uuu iii ' = = ttt ppp ' = kk  丹麦风图丹麦风图丹麦风图丹麦风图 risoe实验室risoe实验室 kamm waspkamm wasp 200m200m200m200m 4 4000 km4 4000 km2 24 4, ,40004000 kmkm 1999年完成1999年完成 2003年更新2003年更新 美国制作高分辨率风能资源图谱进展情况美国制作高分辨率风能资源图谱进展情况 蓝色和绿色：蓝色和绿色： 已完成已完成已完成已完成 浅蓝色：浅蓝色： 正在进行正在进行正在进行正在进行 白色：白色： 未进行未进行未进行未进行 华盛顿州风图华盛顿州风图高度高度50m分辨率分辨率400m400m华盛顿州风图华盛顿州风图，高度高度50m，分辨率分辨率400m400m 数值模拟风能资源数值模拟风能资源数值模拟风能资源数值模拟风能资源 unep 4.目前中国的风资源评估技术及研究目前中国的风资源评估技术及研究4.目前中国的风资源评估技术及研究目前中国的风资源评估技术及研究 宏观评估宏观评估（中国气象局风资源评估系统中国气象局风资源评估系统） 宏观评估宏观评估（中国气象局风资源评估系统中国气象局风资源评估系统） 微观选址微观选址（国外系统软件国外系统软件） 微观选址微观选址（国外系统软件国外系统软件） 实测资料分析的风能资源实测资料分析的风能资源实测资料分析的风能资源实测资料分析的风能资源 1950 2008年中国近海及毗邻海域船舶观测次数分布年中国近海及毗邻海域船舶观测次数分布1950-2008年中国近海及毗邻海域船舶观测次数分布年中国近海及毗邻海域船舶观测次数分布 实测资料分析的风能资源实测资料分析的风能资源 船舶资料船舶资料石油平台石油平台沿岸测风塔和自动气象站资料沿岸测风塔和自动气象站资料船舶资料船舶资料、石油平台石油平台、沿岸测风塔和自动气象站资料沿岸测风塔和自动气象站资料 综合分析年平均风速综合分析年平均风速 实测资料分析的风能资源实测资料分析的风能资源 船舶资料船舶资料石油平台石油平台沿岸测风塔和自动气象站资料沿岸测风塔和自动气象站资料船舶资料船舶资料、石油平台石油平台、沿岸测风塔和自动气象站资料沿岸测风塔和自动气象站资料 综合分析有效风功率密度综合分析有效风功率密度 风能资源数值模拟系统风能资源数值模拟系统风能资源数值模拟系统风能资源数值模拟系统 chinese wind atlas creatingchinese wind atlas creating 全国风功率密度分布数值模拟结果全国风功率密度分布数值模拟结果 高度50m 水平分辨率5km5km 高度50m 水平分辨率5km5km w/mw/m2 2w/mw/m2 2 全国陆地风能资源区划数值模拟结果全国陆地风能资源区划数值模拟结果全国陆地风能资源区划数值模拟结果全国陆地风能资源区划数值模拟结果 （高度50m）（高度50m） 300w/m300w/m2 2300w/m300w/m2 2 贫乏区 300w/m 贫乏区 300w/m2 2-400w/m-400w/m2 2 一般区 400w/m 一般区 400w/m2 2-500w/m-500w/m2 2 较丰富区较丰富区较丰富区较丰富区 500w/m500w/m2 2 丰富区丰富区 全国陆地风能潜在装机容量分布图（单位：兆瓦/平方公里） 数数值值值值模拟的模拟的近近近近海海70m m高度 高度20 0年平均年平均风风风风速分速分布布布布 数数值值值值模拟模拟的的的的近海近海70 0m高度高度2 20年平年平均均均均风功率风功率密密密密度分度分布布布布 卫星遥感资料分析的风能资源卫星遥感资料分析的风能资源 年平均风速 年平均风功率密度 年平均风速 年平均风功率密度 quikscat散射计资料（1999-2007） 卫星遥感资料分析的风能资源卫星遥感资料分析的风能资源(sar)卫星遥感资料分析的风能资源卫星遥感资料分析的风能资源(sar) 2005年1月31日10m高度的风场反演结果年 月日高度的风场反演结果 卫星遥感资料分析的风能资源卫星遥感资料分析的风能资源(sar) 江苏近海江苏近海10m高度的平均风速和风功率密度分布高度的平均风速和风功率密度分布 5. 中国近海潜在开发区域中国近海潜在开发区域 影响近海风电开发的制约因素影响近海风电开发的制约因素 技术性海域利用环境技术性海域利用环境 风资源 海洋深度 风资源 海洋深度 潮流潮流 石油天然气 捕鱼业 石油天然气 捕鱼业 航运航运 渔业 沉船 渔业 沉船 视觉影响视觉影响潮流潮流 潮汐差 波浪 潮汐差 波浪 航运航运 弹药 缆线和管道 弹药 缆线和管道 视觉影响视觉影响 保护区保护区 台风 地震 台风 地震 沙洲沙洲 通信 航空 通信 航空 军事军事沙洲沙洲 沉积物沉积物 军事军事 自然保护区 动物保护区 历史遗迹保护区 历史遗迹保护区 渔场 渔业保护区渔业保护区 江苏江苏近近近近海潜海潜在在在在开发区开发区域域域域 中国中国东东东东部海部海域域域域海底地海底地貌貌貌貌景观景观图图图图 中国中国南南南南海海域海海域海海海海底地底地貌貌貌貌景观景观图图图图 中国近海环境地质分区中国近海环境地质分区 1、 、2、4 5属较 属较不不 3属稳 属稳定定 4、 、7、11 不不稳定地稳定地质质 定定地质区地质区 区属不区属不稳稳 质质区区 稳稳定地质定地质区区区区 地震地震中国东国东部部部部沿海潮沿海潮流流流流类型类型分分分分布图布图 0.5正规半日潮0.5正规半日潮 0.5-2.0不正规半日潮不正规半日潮 2.1-4.0不正规日潮 不正规日潮 4.0正规日潮正规日潮中国东部国东部沿沿沿沿海最海最大大大大可能潮可能潮差差差差（m）分布图分布图 中中国国国国东部东部沿沿沿沿海最大海最大可能潮可能潮流流流流(cm/s) )分布图分布图 中国近中国近海海海海100年年年年一遇最一遇最大大大大波高波高分分分分布图布图 对每一个区域的每个制约因素评分对每一个区域的每个制约因素评分 根据分多少对潜在发区进行排序根据分多少对潜在发区进行排序提供主管部门决策提供主管部门决策根据根据评评分多少对潜在分多少对潜在开开发区进行排序发区进行排序，提供主管部门决策提供主管部门决策 6. 热带气旋对近海风电开发的影响热带气旋对近海风电开发的影响 影响中国近海热带气旋的基本情况影响中国近海热带气旋的基本情况 热带气旋影响下热带气旋影响下50年一遇最大风速年一遇最大风速 机安全等级出频率机安全等级出频率 风风机安全等级出机安全等级出现现频率频率 从从2009年“莫拉克”台风看台风影响下的风特性年“莫拉克”台风看台风影响下的风特性 iec61400-1：1999各等级风力发电机组基本参数各等级风力发电机组基本参数 wtgs等级等级 iiiiiiivs vref(m/s)5042.537.530由设计者规定由设计者规定 各参数各参数各参数各参数 vave(m/s)108.57.56 a i15- a- 80.18 2222 b i15- a- 60.16 3333 表中表中vref(m/s) 为为50年一遇最大风速，年一遇最大风速，vave(m/s)为年平均风速，为年平均风速，i15-为风速为风速15m/s时湍流强度特征值，时湍流强度特征值， iec61400-1 ：2005 风力发电机组分级风力发电机组分级 iiiiiis refave15 wtgs等级等级 vref(m/s)5042.537.5 a i15-0.16由设计者规定各参数由设计者规定各参数a i15 0.16由设计者规定各参数由设计者规定各参数 b i15-0.14 c i15-0.12 表中各数值应用于轮毂高度；表中各数值应用于轮毂高度；vref表示风电场表示风电场50 年一遇的年一遇的10 分钟最大风分钟最大风 桑美 杜鹃 珍珠 西北太平洋频数 影响中国近海热带气旋的基本情况影响中国近海热带气旋的基本情况 西北太平洋 40 50 60 频数 年平均33.5 20 30 40 0 10 1949 1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004 年 14 16 18 频数(个) 总频数总频数年平均 6 8 10 12 0 2 4 6 1961196619711976198119861991199620012006年1961196619711976198119861991199620012006年 进入警戒区内热带气旋频数年际变化 影响中国近海热带气旋的基本情况影响中国近海热带气旋的基本情况 不同年代西北太平洋热带气旋变化 影响中国近海热带气旋的基本情况影响中国近海热带气旋的基本情况 热热带气旋影响下带气旋影响下50年一遇最大风速年一遇最大风速热热 42 650 m/s 50/ 42.650 m/s 50m/s iec 61400-1中极端风速模型（中极端风速模型（ewm） 110 50 41 . hubrefe )z/z(v.)z(v= 50hubrefe )/(v.)(v 式中式中zhub为风电机组轮毂高度，为风电机组轮毂高度，ve50和和vref分别为分别为50年 一遇瞬时风速和 年 一遇瞬时风速和10min风速，风速，1.4为阵风系数，是为阵风系数，是3秒钟平秒钟平 均极大风速与均极大风速与10分钟平均最大风速的比值分钟平均最大风速的比值均极大风速与均极大风速与10分钟平均最大风速的比值分钟平均最大风速的比值。 60 70 40 50 60 度(米) 10 20 30 高度 0 1.5 阵风系数 远离台风登陆点海岸测风塔台风登陆点附近海岸测风塔 海岛测风塔沿海丘陵山地测风塔 “莫拉克”台风平均阵风系数随高度变化莫拉克”台风平均阵风系数随高度变化 35 风速 10米 突降 360 风向 不稳定 0 46 湍流强度突变 2009年“莫拉克”台风风特性年“莫拉克”台风风特性 15 20 25 30 10米 30米 50米 70米 135 180 225 270 315 360 10米 50米 70米 0.22 0.26 0.3 0.34 0.38 0.42 0.46 10米 30米 50米 70米 0 5 10 0617 0620 0702 0708 0714 0720 0802 0808 0814 0820 0902 0908 0914 0920 1002 1008 1014 1020 1102 时 间 0 45 90 135 0617 0620 0702 0708 0714 0720 0802 0808 0814 0820 0902 0908 0914 0920 1002 1008 1014 1020 1102 时 间 0.06 0.1 0.14 0.18 0.22 0617 0620 0702 0708 0714 0720 0802 0808 0814 0820 0902 0908 0914 0920 1002 1008 1014 1020 1102 时 间 20 25 风速 10米 30米 突降 315 360 风向 10米 不稳定 0 2 0.22 0.24湍流强度10米 30米 50米 突变 霞浦东冲（台风中心附近） 10 15 20 50米 70米 90 135 180 225 270 50米 70米 0.06 0.08 0.1 0.12 0