云南風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)利用分析

云南風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)利用分析

在能源短缺和環(huán)境惡化的時(shí)代，各國(guó)政府越來(lái)越重視能源的利用。作為季風(fēng)氣候的中國(guó),實(shí)際可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能為2.53億kW,但由于風(fēng)能資源的分布不均,全國(guó)各地風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用存在差異。本文將云南風(fēng)能資源的有效風(fēng)能功率密度、有效風(fēng)速可利用時(shí)數(shù)te等風(fēng)能資源評(píng)估要素與我國(guó)風(fēng)能資源豐富區(qū)“三北”北部和沿海地帶的相應(yīng)要素進(jìn)行比較分析,顯示出云南風(fēng)能資源的特點(diǎn),為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能資源提供科學(xué)依據(jù)。3風(fēng)速的比較從表1、表2可見(jiàn),云南風(fēng)能可開(kāi)發(fā)區(qū)10m高處的風(fēng)速不如新疆風(fēng)能豐富區(qū)的大,但風(fēng)力機(jī)的輪轂高度一般離地40m或50m,故在此高度上的風(fēng)速對(duì)風(fēng)力機(jī)才是有意義的。表3列出的是云南風(fēng)能可開(kāi)發(fā)區(qū)40m、50m高度上的風(fēng)速。根據(jù)我國(guó)風(fēng)力機(jī)的型號(hào)與對(duì)應(yīng)年平均風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn),這13個(gè)站所代表地區(qū)均為中型—大型風(fēng)機(jī)的可開(kāi)發(fā)區(qū)。表1~3表明,云南風(fēng)能可開(kāi)發(fā)利用區(qū)各站10m高度上的平均風(fēng)速大多小于新疆的,平均有效風(fēng)能密度也無(wú)一達(dá)到200W/m2,但各站分別在離地20—80m高度上,其平均有效風(fēng)能密度均大于200W/m2,屬“風(fēng)能豐富區(qū)”,而太華山站在離地30m高度上、落雪站在離地40m高度上、大山包在離地60m高度上及馬龍站在離地80m高度上,它們的平均有效風(fēng)能密度已大于300W/m2,這幾個(gè)站的低空風(fēng)能潛力可與屬我國(guó)“風(fēng)能豐富區(qū)”的沿海島嶼媲美。此外,云南風(fēng)能可開(kāi)發(fā)利用區(qū)各站離地10m或者20m高度上,全年風(fēng)能可利用時(shí)數(shù)均已超過(guò)5000h,而太華山、落雪和大山包3站離地10m高度以及其余各站離地20—40m高度上,全年有效風(fēng)速可利用時(shí)數(shù)均已超過(guò)6000h。因此,云南風(fēng)能可開(kāi)發(fā)利用區(qū)的低空風(fēng)能潛力很大,具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。另外,云南干雨季分明,6—9月為雨季,此時(shí)風(fēng)速較小,10月中下旬后,南支西風(fēng)急流逐漸在青藏高原南部建立,高空的強(qiáng)西風(fēng)急流動(dòng)量下傳,造成云南近地面風(fēng)速增大,冬春季風(fēng)力最強(qiáng),5月后漸漸減弱。因此,云南的有些地方,如大姚、宣威、祥云、馬龍、落雪、大山包及太華山等地,不僅年平均風(fēng)速超過(guò)3.5m/s,且風(fēng)季(恰逢干季)風(fēng)速均達(dá)4.5m/s以上,是中型風(fēng)力機(jī)的可開(kāi)發(fā)區(qū),而位于哀牢山以東的晉寧、路南、師宗、尋甸、嵩明、新村、會(huì)澤、姚安、富源、雙柏、硯山、元陽(yáng)、個(gè)舊、紅河、麗江和南澗等地,風(fēng)季的風(fēng)速也達(dá)3.5—4.4m/s,是小型風(fēng)力機(jī)的可開(kāi)發(fā)區(qū)。干季風(fēng)能的開(kāi)發(fā)價(jià)值遠(yuǎn)大于雨季,這也是云南風(fēng)能的特征之一。4云南風(fēng)能分布的地形效應(yīng)510分鐘平均最大風(fēng)速的比較表4列出的是用一元回歸方程計(jì)算的云南風(fēng)能可開(kāi)發(fā)區(qū)30年一遇10分鐘平均最大風(fēng)速。從表4可見(jiàn),落雪站30年一遇最大風(fēng)速最大,有36.2m/s;個(gè)舊站最小,只有16.1m/s;蒙自、宣威、祥云、紅河和下關(guān)5站,30年一遇最大風(fēng)速為18.4—20.0m/s;其余站30年一遇最大風(fēng)速在20.5—23.8m/s?？梢?jiàn),云南風(fēng)速大于25.0m/s,對(duì)風(fēng)力機(jī)具有破壞性的大風(fēng)不多見(jiàn),極端大風(fēng)發(fā)生頻率低,風(fēng)能利用中對(duì)風(fēng)力機(jī)的堅(jiān)固性要求不高,只有落雪站最大風(fēng)速設(shè)計(jì)為中壓型,其余各站均為弱壓型。而我國(guó)“風(fēng)能豐富區(qū)”的新疆地區(qū),10分鐘平均最大風(fēng)速多數(shù)在30m/s以上,如阿拉山口和達(dá)坂城,它們的10分鐘平均最大風(fēng)速分別為46m/s和38m/s,風(fēng)力機(jī)必須經(jīng)受強(qiáng)風(fēng)的襲擊,風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)為特強(qiáng)壓型。由此可見(jiàn),云南風(fēng)力機(jī)安全性較“三北”地區(qū)的高而成本低。6云南是以西南風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向的地區(qū)7云南對(duì)風(fēng)力機(jī)運(yùn)行有利的氣象要素我國(guó)的沿海地區(qū)和“三北”北部是“風(fēng)能豐富區(qū)”,風(fēng)能的開(kāi)發(fā)潛力巨大,但同時(shí)這兩個(gè)地區(qū)的氣象災(zāi)害對(duì)風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用造成的不利影響也大。前者易受臺(tái)風(fēng)的襲擊,空氣中鹽霧較重,是風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展建設(shè)不可忽視的重要方面;而后者冬夏溫差大,破壞性大風(fēng)多(如新疆阿拉山口年極端最高氣溫44.2℃,年極端最低氣溫-33.0℃),并且在風(fēng)能利用的高峰期容易出現(xiàn)沙塵暴天氣(如新疆達(dá)坂城,年大風(fēng)日數(shù)平均為145.5天,年沙塵暴日數(shù)平均為7.7天),這些天氣現(xiàn)象對(duì)風(fēng)力機(jī)的安全性和穩(wěn)固性均有不利影響。云南離海較遠(yuǎn),不受臺(tái)風(fēng)影響,位于低緯高原的特殊地理位置,使其氣候四季如春,冬夏溫差小,不見(jiàn)或少見(jiàn)風(fēng)沙天氣(如麗江,年極端最高年溫32.3℃,年極端最低氣溫-10.3℃,年大風(fēng)日數(shù)21.3天,沙塵暴日數(shù)為0);全省性暴雨平均每年只有4.7天,大暴雨以上降水僅為全部暴雨的6%,降水強(qiáng)度不大。這些氣象條件對(duì)降低風(fēng)力機(jī)成本,對(duì)風(fēng)力機(jī)的安裝和安全性,都極為有利。8總體評(píng)價(jià)1與e的比較云南在1萬(wàn)平方公里以上“壩子”的面積總和占全省面積的6%,而山區(qū)面積占94%。全省126個(gè)氣象(臺(tái))站基本設(shè)在城鎮(zhèn)附近的壩子內(nèi),只有3個(gè)站設(shè)在山區(qū)。80年代以后,隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展,處于壩區(qū)的多數(shù)氣象站的測(cè)風(fēng)資料受到影響。1951—1980年全省年平均風(fēng)速在3m/s以上的站(20個(gè))比1961—1990年的(15個(gè))多5個(gè),而后者離地10m高處年平均風(fēng)速大于3.5m/s站只有14個(gè),因此,僅依據(jù)氣象站的實(shí)測(cè)平均風(fēng)速是反映不了云南風(fēng)能資源的真實(shí)面貌的。本文選取年平均風(fēng)速在3.5m/s以上的13個(gè)站作為云南風(fēng)能資源可開(kāi)發(fā)區(qū)的代表,以分析云南風(fēng)能資源的特點(diǎn)。113,10m5m/s3,:(6.1m/s),落雪(5.3m/s),大山包(5.2m/s),它們的年平均有效風(fēng)能功率密度和年有效風(fēng)速可利用時(shí)數(shù)則分別為184.3W/m2,7386h;192.0W/m2,6081.2h;135.7W/m2,6490.4h。與新疆屬風(fēng)能豐富區(qū)的3個(gè)站阿拉山、達(dá)板城和哈密北戈壁(見(jiàn)表2)進(jìn)行比較,雖然云南的年平均有效風(fēng)能功率密度小于新疆,但其年平均風(fēng)速和年有效風(fēng)速可利用時(shí)數(shù)接近新疆,與吉林省中西部的年平均有效功率密度(120—180W/m2)和年有效風(fēng)速可利用時(shí)數(shù)(4000—6000h)相當(dāng),甚至有效風(fēng)能可利用時(shí)數(shù)還大于吉林。按我國(guó)風(fēng)能區(qū)劃的第一級(jí)區(qū)劃指標(biāo),東川市落雪站與昆明市太華山站已接近“風(fēng)能較豐富區(qū)”。另外,風(fēng)能是否具有開(kāi)發(fā)價(jià)值,還決定于有效風(fēng)速利用時(shí)數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn),沿海狹長(zhǎng)地帶年風(fēng)速可利用時(shí)數(shù)為5000—6000h,年風(fēng)能有效功率密度為200—350W/m2,“三北”北部年風(fēng)速可利用時(shí)數(shù)為4000—6000h,年風(fēng)能有效功率密度為150—300W/m2,而云南風(fēng)能可開(kāi)發(fā)區(qū)年有效功率密度雖不及上述兩個(gè)全國(guó)風(fēng)能豐富區(qū),但年有效風(fēng)速可利用時(shí)數(shù)均超過(guò)4000h。從表1可看到,年有效風(fēng)速可利用時(shí)數(shù)昆明市太華山站最多,達(dá)7386h,昭通市大山包次之,為6490h,東川市落雪站也有6081h,這3個(gè)站的年風(fēng)速有效利用時(shí)數(shù)與我國(guó)東南沿海狹長(zhǎng)地帶及其它島嶼一樣,同屬全國(guó)最大。2空氣密度的影響有效風(fēng)能功率密度的大小與空氣密度d一次方成正比,d大,則有利于提高有效風(fēng)能功率密度,而d的變化與氣壓P、氣溫t及水氣壓e有關(guān)。云南地處高原,氣壓相對(duì)沿海地區(qū)低,如云南的太華山站年平均氣壓P為68.94kPa,年平均氣溫為11.4℃,年平均水氣壓為1.02kpa,而廣東的南澳島年平均氣壓101.28kPa,年平均氣溫21.5℃,年平均水氣壓2.13kPa,根據(jù)公式d=1.276/(1+0.00366t)(P-0.378e)/1000進(jìn)行計(jì)算,前者空氣密度0.84kg/m3,后者為1.19kg/m3,兩者之比為0.71,即在年平均風(fēng)速相同的情況下,太華山的年有效風(fēng)能功率密度只有南澳的71%;但若在11—4月(云南的干季,風(fēng)季),太華山站的空氣密度為0.94kg/m3,南澳島空氣密度為1.22kg/m3,兩者之比為0.77,有效風(fēng)能功率密度的差異較年值減小?？梢?jiàn),由空氣密度的不同所引起的有效風(fēng)能功率密度差異,云南比沿海地區(qū)一般小20—30%,但隨季節(jié)的變化有所變動(dòng)。云南地形復(fù)雜,風(fēng)能分布受地形影響強(qiáng)烈。雖然從126個(gè)氣象站的資料來(lái)看,如前所述,云南風(fēng)能資源總體不如“三北”地區(qū)和沿海地區(qū),但許多高度不同的山頂、埡口、峽谷等地,風(fēng)能資源較開(kāi)闊平地要大,“登高臨風(fēng)”的規(guī)律在山區(qū)具有普遍性。如昆明市(海拔1891.4m),年平均風(fēng)速2.2m/s,而離它不到10km的太華山站(海拔2358.3m)年平均風(fēng)速為5.8m/s,年平均有效風(fēng)能密度為184.2W/m2,有效風(fēng)速出現(xiàn)的時(shí)間百分率為84%,3~20m/s的風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)間共計(jì)7386h,大于6m/s的風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)間為3855h,12—5月干季時(shí),風(fēng)力特別強(qiáng),平均有效風(fēng)能密度高達(dá)260.5W/m2以上,有效風(fēng)力出現(xiàn)的時(shí)間百分率達(dá)93%以上,接近全國(guó)最大風(fēng)能區(qū)的水平,換句話說(shuō),如把風(fēng)力機(jī)安裝在太華山,可比安裝在昆明市多得近6倍的風(fēng)能?？梢?jiàn),開(kāi)發(fā)山區(qū)風(fēng)能資源大有可為。另外,我省某些地區(qū)由于地形的突然變化,形成典型的“狹管效應(yīng)”,可造成很大的局地風(fēng)速。如洱海南端的下關(guān)市,處于西洱海的東部谷口,西寬東窄的地形,特別有利于使冬春季沿河谷東進(jìn)的西風(fēng)氣流流線密集,致使風(fēng)速明顯加大,其年平均風(fēng)速為4.4m/s;而位于它北面10多km處的大理縣城,由于在蒼山東邊山腳下,風(fēng)速明顯偏小,其年平均風(fēng)速僅為2.4m/s。云南風(fēng)能可開(kāi)發(fā)地區(qū)全年最大頻率風(fēng)向與全年最大平均風(fēng)速的風(fēng)向基本一致,多為西南向,因此云南是以西南風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向的地區(qū)。而我國(guó)的“三北”地區(qū),則以西風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向,沿海地區(qū)則為“海陸風(fēng)”。從風(fēng)能的時(shí)間分布上看,云南和“三北”地區(qū)相似,即冬春季為風(fēng)能利用的高峰期,而夏秋季則是風(fēng)能利用的低谷期。通過(guò)以上分析可見(jiàn),云南多數(shù)山區(qū)風(fēng)能分布廣泛,在冬春季風(fēng)能極具開(kāi)發(fā)價(jià)值,并且云嶺哀