基于MM5的沿海风资源数值模拟方法研究

提出通过历史观测资料和中尺度大气模式相融合的方法为沿海区域风能资源的分析评估提供一定时空分辨率的风场数值分析产品。主要探讨了将海洋站逐时测风资料、卫星微波遥感散射计风场反演资料计人中尺度大气模式MM5的同化方法，并对广东沿海区域天气个例进行了模拟试验，将不同模拟试验结果与实测值进行了统计对比分析。分析结果表明，时空分辨率较高的经过质量控制的观测资料的同化对风场模拟结果具有一定的改善作用。     

近海区域风速数值模拟试验分析

在可持续能源发展战略的实施中，风能等可再生能源的开发利用是重要的战略选择。其中风能资源的评估是其开发利用的关键，如何利用有限的观测资料进行资源评估和分析就成为迫切需要解决的问题。该文利用中尺度气象模式MM5对海上风场进行模拟分析，模拟结果在风的分布趋势很好与多年平均实况吻合，为我国海上风资源的开发利用提供有力的科学依据。     

岛屿型复杂地形地貌条件下有效风能分布的甚高分辨率数值模拟

利用MM5作为风能模拟模式,以地形复杂、气候背景特殊的海陵岛地区为研究区域,采用甚高分辨率(水平分辨率200m,最高垂直分辨率是10m)的模式设计,模拟了秋季海陵岛地区的风资源分布。研究表明,中尺度数值模式MM5的甚高分辨率的模式设计可以作为复杂海岛地形风资源评估的有效手段;海陵岛地区有效风能密度的大值区多数位于150～200W·m~(-2)之间,这说明我国沿海地区复杂地形地貌条件下潜在的风能资源完全可以开发利用,并需要更加深入而客观的评估。     

MM5模式在大连近海风资源评估中的应用

利用中尺度MM5气象模式系统,对大连及其近海地区风场进行了较为系统的高分辨率数值模拟,定性及定量地得到了该地区10 m高度处的年平均风速等直线图、年有效风能小时数等值线图、年有效风能功率等值线图及长海地区的年风玫瑰图,进一步研究了该地区年有效风能功率密度沿垂直高度的变化。综合考虑该地区沿海水深、港口运输及水产养殖等因素的影响,建设性地提出了3个近海风能重点开发区域,并给出了这3个地区的年风速分布概率情况。基于MM5模式的数值评估结果,为该地区近海风资源的开发利用提供了重要的参考依据。     

中国风能开发利用的风环境区划

基于大气边界层气象和气候学理论分析以及中尺度数值模拟,采用秒级探空气象资料和典型地形激光雷达观测资料,依据风能利用高度内总体风能资源开发潜力,划分出9个风环境区。年平均风能环境指数最高的风环境区是北方通风廊道,其次是东北平原,最低的是青藏高原下游地区。发现在稳定大气条件下,风能利用高度内的平均风速垂直变化呈两层分布形态,下层平均风速随高度的增速比上层大2～5倍。下层风速的垂直变化取决于地表特征,上层则受上游大地形造成的局地环流影响,由此形成不同风环境区风能资源特性的差异。最后给出构建不同地形条件下平均风廓线计算方法的建议。结论可为中国风能资源评估理论拓展与数值模拟、风电场选址和适用复杂地形条件的风电机组设计提供科学支撑。     

中尺度风资源数值模拟试验分析

应用中尺度数值模式模拟地区的风资源状况是一种比较先进的方法。该模拟成果对大范围区域风能资源的宏观评估和风电场宏观选址具有很好的参考价值。着重介绍了WRF(Weather Research and Forecast)数值模式模拟方法,并采用该模拟方法对近海风电场的风资源进行了模拟。     

一种中微尺度耦合方法在风资源评估中的应用

风资源评估过程中,在缺少实际测风数据的情况下完成风场的精细化模拟具有重要的工程意义。在微尺度风场模拟过程中,引入中尺度数据为风场提供真实的边界条件,实现了降尺度精细化风场模拟。结合测风塔推算发现：相较于传统的统一边界条件的设置,利用中尺度数据分扇区生成边界条件进行降尺度的平均风速的精度有较明显提升。此外,还利用中尺度数据作为虚拟测风数据,对风资源评估中的定向计算结果进行校正,完成对机位点风机发电量等计算,解决无测风数据时风资源评估困难的难题。案例分析结果证实了该方法的先进性与工程应用价值。     

风资源评估中WindSim水平分辨率的敏感性试验

利用基于计算流体力学(CFD) 的风能资源评估系统软件WindSim,在不同水平网格分辨率条件下对我国黄土高原地区陕西靖边县境内某风电场2010年7月~2011年6月的风资源情况进行了模拟,并将模拟结果与测风塔观测结果进行了对比分析。结果表明,在低水平网格分辨率下,WindSim对风能资源的空间分布模拟主要以海拔高度为基础,对局地地形的影响并不能很好地反映,模拟风速误差较大;提高分辨率后,对风能资源空间分布的模拟能力明显提高,模拟风速的误差也显著减小。但不同分辨率下的风速频率和风向频率分布并无显著差别,不能很好地体现出风能特性。通过估算发电量发现,输入不同测风塔资料得到的发电量差异较大,说明在地形较为复杂的风电场,应多布设测风塔,以期得到较为准确的发电量结果。     

海陵岛区域风速廓线特性及利用模式进行沿海风能评估过程中风速廓线的作用

通过对广东省阳江市海陵岛地区为期一年的铁塔观测资料进行分析,发现当风向为海风风向和陆风风向时,当地的风速廓线有很大差异,陆风风向阶段风随高度的切变较大,而海风风向阶段切变较小.因此在利用模式进行近海风能评估时,若能较好的利用风速廓线的性质,将大大提高近海风能评估的精确性,弥补观测资料不足所带来的缺憾.     

鄱阳县小鸣咀风场风资源分析

利用鄱阳县小鸣咀风场60m测风塔风资料,计算了该区域的平均风速与风功率密度,评价了风能资源的风向分布特征,推算了当地70m处极大风与最大风。分析结果表明:该风场风能资源丰富,可用于并网发电。     

海上风电的开发

中国拥有十分丰富的近海风能资源。近海10m水深的风能资源约1×108kW,近海20m水深的风能资源约3×108kW,近海30m水深的风能资源约4.9×108kW。我国海上风能的量值是陆上风能的3倍,具有广阔的开发应用前景。尽管海上风力发电前景十分好,但其开发难度却远远大于陆地风力发电系统建设,直至上世纪90年代才有一些国家开始实质性尝试。     

平陆风电场风能资源研究

分析了山西省平陆风电场工程的测风资料、实测场址空气密度、风速,得出了风功率密度、风速频率及风能频率等指标,可为该风场风能资源的精确评估提供科学依据。     

关于中国风能资源储量的质疑

目前普遍认为中国的风能资源为20×10^8kW。1980年第一次风能资源普查得出我国风能资源储量约为1．6×10^8kW的结论。1984年9月至1987年7月开展了第二次风能资源详查,1995年国家气象局对外公布．我国陆上10m高度处风能资源总储量为32．26×10^8kW,技术可开发资源量为2．53×10^8kW。2004年进行了第三次陆上风能资源普查。结果为我国陆上风能资源总储量43．5×10^8kW,其中技术可开发量为2．97×10^8kW。近期中国气象局公布．我国风能开发潜力逾25×10^8kW,5-25m水深线以内近海区域海平面以上50m高度可装机2×10^8kW,推翻了此前我国海上风能资源是陆上3倍的说法。中国风能资源的前3次普查都只是对陆上的风能资源进行了测算．而且只测算了陆上10m高度处风能资源的理论蕴藏量,再根据理论蕴藏量推算出风能的技术可开发资源量．数据是很粗略的。陆上风能技术可开发资源量估计偏高,风能资源经济可开发量尚需很好地测算,海上风能资源评估缺乏依据,风力发电机组高度和风电的年可利用小时数也存在问题。我国要加强风能资源利用的研究,研究重点应放在风能资源的经济可开发量、气候变化对风能资源的影响、台风和灾害性天气对风电开发的影响、能够用于发展风电的土地面积等方面。     

中国典型复杂地形风能资源特性及其形成机制

为提高对复杂地形风资源特性及其形成机制的认识,改进复杂地形风场数值模拟方法,分别选取代表极大起伏山地与宽谷地形的藏南谷地、代表极大起伏山地与深谷地形的横断山区以及代表中、小起伏丘陵山地的山西高原开展风资源特性观测实验,分析不同典型复杂地形条件下天气背景风场、局地大气环流、地形动力强迫、地表摩擦与热力作用对风资源特性形成的贡献,结果表明：山西高原局地大气环流的作用较小;藏南谷地和横断山区的山谷风环流对其风能资源特性的形成起主要作用,尤其是横断山区还存在多尺度的局地大气环流,传统的风电场风资源CFD数值模拟不足以描述如此复杂的风场。因此,在局地大气环流作用明显的复杂地形地区,需要采用中尺度与CFD结合的风电场选址风资源数值模拟方法。     

靖边县龙洲乡风电场风能资源特征分析

根据靖边县龙洲乡风电场1909年气压、气温和风的梯度观测资料和靖边县气象站相关资料,分析了观测期风场特征,计算并分析了风电场风能资源分布特征,该风电场具备开发和并网发电条件。     

IPCC-A2情景下我国21世纪风能变化的统计降尺度方法研究

利用全国500多个地面观测站1971～2000年共30年的逐日10m高度风观测资料以及IPCC 20C3M和A2情景下GEDL2.0和HADCM3模式模拟的1971～2000年和2051～2080年各30年的海平面气压场和500hPa风场资料,根据以风速Weibull分布二参数为基础的统计降尺度方法对我国未来风能变化进行降尺度分析.检验了统计降尺度方法对风能分布特征的分析能力以及其可用性,结果表明这种基于Weibull分布的统计方法在我国风能资源气候评估降尺度分析中是可用且合理的.同时分析了统计降尺度方法得到的我国未来风能变化分布特征,其结果显示在IPCC A2情景下,我国未来大部分地区的风能资源可能呈减小趋势,特别是东北地区;而新疆东部地区风能将有明显的增强.     

黄河口三角洲波浪能和风能资源评估

以1996~2007年的风场数据为驱动,运用第三代波浪模型SWAN(Simulation wave Nearshore)对山东半岛和黄河口地区12年的波浪情况进行模拟,模拟结果与观测值拟合很好,说明SWAN模型能精确地模拟出黄河三角洲的波浪分布情况。同时,根据12 a离地面10 m处的风场数据和波浪场数据对黄河口地区的波浪能和风能进行评估,评估结果发现黄河口地区的风能和波浪能蕴藏量较丰富,年平均波浪能密度能达到2 k W/m,平均风能密度能达到160 W/m2。如果只单纯地对某一种可再生能量进行开发难以满足该地区用电需求,因此应对风能与波浪能进行联合开发,这样才可有效缓解胜利油田海上石油平台的用电压力。     

吉林长岭风场区风能资源统计评估

利用30 a风场数据作为基础研究资料,对吉林省长岭县风场区风能资源进行全面评估。评估结果发现,长岭县风场区风能资源蕴藏较为丰富,场区所在区域风向、风能分布相对集中,每年的3,4,5,10,11月,风场风速和风功率密度较高,1,7,8,12月较低。115 m高度处、80 m高度处的测风塔年平均风速、风功率密度分别为6.33,5.91 m/s和285.7,232.9 W/m²。115 m高度处、80 m高度处的虚拟测风塔年平均风速、风功率密度分别为6.42,6.00 m/s和299.1,243.8 W/m²。80 m处测风塔与虚拟测风塔风功率密度等级分别为1级和2级。了解长岭县风能资源分布规律,对于进一步合理开发利用吉林省可再生能源以及推进风电项目顺利开展具有一定的指导意义。     

基于WRF模式的海上风能资源特性分析及评价

掌握开发区域风能资源特性对优化调整大型海上风电基地布局,确定开发时序至关重要。采用WRF模式,对江苏省海上风能资源进行模拟,分析各区域风资源时空分布特性、互补特性、波动特性、随机特性并选择不同指标进行模糊综合评价。结果表明,江苏省海上风能资源时空分布明显,远海好于近海,南通优于盐城、连云港,年内3、4月份风速较大;资源互补特性与距离有明显的线性关系,与海岸线距离小于80 km时,互补性较差;波动性远海小于近海。评价结果也说明波动性与互补性为规划时需要考虑的重要指标。研究成果将为海上风电基地布局优化及评估体系提供重要参考。     

海上风能资源评估数值模拟技术现状及发展趋势

由于自然界风能资源复杂多变的特性,数值模型及工具在海上风电开发过程中风资源评估的重要性日渐凸显.对海上风能资源评估数学建模方法及工具的国内外技术现状进行了梳理,阐述了线性模型、计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模型、中尺度气象模型等不同建模工具的技术特点及存在的不足.近年来...