2015年太陽能風能資源大盤點

　　編者按：風能資源是氣候資源的一種。自古埃及人用風能驅動尼羅河上的帆船至今，風能資源一直是人們孜孜以求的新能源使用方式之一。

　　作為新能源，太陽能資源與風能資源一樣，是我國大力發展的資源之一。隨著這些資源的不斷開發利用，氣象因素越來越突出，對此，開展評估工作則顯得更為重要。本文圍繞2015年太陽能與風能資源評估情況，分析結果、展望發展，以饗讀者。

　　太陽能篇

　　多雲日數增多致太陽能年輻照量跌至10年來最低

　　中國氣象局風能太陽能資源中心正研級高級工程師申彥波告訴記者，2015年全國陸地表面平均的水平面總輻射年輻照量為1476.1千瓦時/平方米，比2004年至2013年的平均值偏少24.8千瓦時/平方米，成為2004年以來的歷史最低值。

　　太陽能資源呈現出地區性差異較大，總體呈現高原、少雨乾燥地區大，平原、多雨高溼地區少的特點。青海大部、西藏中西部、甘肅西部、內蒙古西部，新疆東部水平面總輻射年輻照量超過1750千瓦時/平方米，成為太陽能資源最為豐富的區域；而四川東部、重慶、貴州中東部、廣西北部、湖南地區水平面總輻射年輻照量不足1050千瓦時/平方米，屬於太陽能資源一般區。

　　從全國及各省水平面總輻射年輻照量距平分布看，除海南省偏高5%以上、雲南東部偏高3%以上外，全國大部分地區與常年持平或明顯偏低，其中新疆北部、黑龍江大部偏低 3%以上，貴州東部、湖南、江西、福建等地偏低5%以上，浙江偏低最多超過10% 。

　　在多雲日數的變化圖上，記者看到，去年全國大部地區雲量增多，月平均多雲日數12天，比常年平均值偏高約7.2%。氣候專家分析認為，影響太陽能資源的因素較多，除雲和氣溶膠兩大主要原因外，水汽、大氣成分和太陽活動等均可能產生影響。

　　太陽能資源開發與利用分布呈現出地區差異大特點

　　客觀、準確的太陽能資源評價是進行光伏發電建設的重要保障，它直接關係到項目立項、設備選型以及項目的經濟性分析。據申彥波介紹，建立基於衛星與地面實測結合的太陽能資源計算方法，以及光伏電站最佳傾角、斜面輻射、發電量氣候折減等關鍵指標分析技術，能夠廣泛用於光伏發電工程服務。

　　固定式光伏發電可利用的太陽能資源是光伏組件按照最佳傾角放置時能夠接收的太陽總輻射（簡稱最佳斜面總輻射）。2015年，全國平均的最佳斜面總輻射年輻照量為1710.2千瓦時/平方米，較2004年至2013年平均值偏少63.2千瓦時/平方米，相對偏低3.69%；全國平均的固定式光伏電站的首年利用小時數為1368.2小時，較平均值偏少50.5小時。

　　在全國最佳斜面總輻射及光伏發電首年利用小時數空間分布圖上，記者看到，2015年，我國東北、華北、西北、西南大部及海南最佳斜面總輻射年總量明顯多於我國東南部地區。

　　實際上，太陽能資源開發利用前景巨大、需求迫切。申彥波告訴記者，太陽能資源開發利用與氣象條件密切相關，對服務技術能力的要求也更加嚴格。在太陽能發電總體開發規劃編制和電場建設選址前，太陽能資源調查評估是一項必不可少的工作，從而可以獲取電場擬選址地、計劃開發規模、開發優先順序等資源開發利用建議；開展發電功率預測是解決電場運行中功率波動性問題的主要技術手段，功率預測需要發展建立高時空解析度且穩定運行的精細化氣象預報技術體系；颱風、雷電、高溫、大風沙塵等氣象災害和高影響天氣會直接影響電場的安全運行，也直接決定電站建設的前期抗氣象風險能力設計、設備選型。這些都需要對相關氣象災害和高影響天氣開展風險評估和預報預警。

　　據記者了解，目前，氣象部門評估技術方法和分析報告已得到神華、華電、三峽、中廣核等集團風能太陽能發電公司高度認可，並被部分企業採納為企業標準，取得了很好的服務效益。     （中國氣象報記者吳越）

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　　風能篇

　　風速正常稍偏小 風能資源接近常年均值

　　「利用全國氣象臺站2004年至2015年地面觀測資料，我們統計分析了2015年我國陸地10米高度的風速特徵，全國地面10米高度年平均風速較近十年（2004年至2013年）均值偏小0.52%，屬正常稍偏小年景。」中國氣象局風能太陽能資源中心高級工程師周榮衛說，「風能資源呈現出分布不均，地區差異性大的特徵，上海、江蘇、山東、天津、浙江、北京等6省（市）年平均風速偏小5%以上，西藏、重慶明顯偏大。」

　　據全國風能資源高解析度數值模擬數據（2014）顯示，全國陸面70米高度年平均風速均值為5.6米/秒。周榮衛說：「2015年，我國平均風速大於5.0米/秒的分布區域進一步擴大，東部沿海大部分地區、山東大部、華東、華南、華中及西南等部分山區的平均風速也可達到5.0米/秒。」

　　2015年，全國年平均風功率密度大值區主要分布在我國的三北地區、東部沿海地區以及青藏高原、雲貴高原和華南山脊地區。年平均風功率密度超過300瓦/平方米的區域主要分布在三北地區、青藏高原和雲南的山脊地區。這是記者從2015年全國陸地70米高度風功率密度圖譜上獲悉的。

　　據周榮衛介紹，2015年與2014年相比，除了西藏、雲南、上海、新疆、江蘇5省（區、市）年平均風速和年平均風功率密度有不同程度減小外，其他省（區、市）有不同程度的增加，且多數省（區、市）年平均風速距平百分率增加超過1%，年平均風功率密度距平百分率增加超過3%。

　　從各省（區、市）發電量變化來看，多數地區與常年持平，上海、山東、黑龍江偏小1%以上，其中，上海偏小達到3.7%；而西藏、遼寧偏大1%以上。

　　冷空氣偏弱、颱風偏少是主因

　　風速是影響風能開發利用的重要因子，一個地區風資源的豐富程度直接跟當地常年的風速大小息息相關。

　　「冷空氣頻次偏少、強度偏弱是主要原因。」 周榮衛說。

　　根據國家氣候中心統計，2015年影響我國的冷空氣共16次，比常年平均（2004年至2013年）偏少4.6次；其中寒潮和強冷空氣比常年平均偏少2.0次，淮河以北地區寒潮和強冷空氣偏少1.7次；淮河以南地區寒潮和強冷空氣偏少0.3次。

　　風速對風能開發利用的影響顯而易見，而颱風則像是一把雙刃劍，對風電場的影響利弊兼有，強度較弱的熱帶氣旋以及其外圍環流影響的區域，可以給風電場帶來較長的「滿發」時段（風力機以額定風速運轉的時段），而對華南沿海一帶的風電場來說，強度較強的颱風可能給風電場帶來極大破壞。2014年，「威馬遜」正面襲擊勇士風電場，給風電場帶來毀滅性的影響。整個風電場幾乎被吹倒，現場13颱風機倒掉，另有5颱風機完全損壞(葉片破裂、發電機掉落、機艙被揭開)，無法運行。

　　2015年，在我國登陸的熱帶氣旋共6個，分別是強颱風「燦鴻」「蘇迪羅」「杜鵑」和「彩虹」、颱風「蓮花」和強熱帶風暴「鯨魚」。「與常年平均（7.2個）相比，2015年颱風個數明顯偏少，強度偏強。」 周榮衛說。

　　此外，空氣密度和溫度也是影響風能開發的重要因子。以空氣密度為例，如果一個地區風速很大，但是空氣比較稀薄，那麼風所蘊含的能量就會降低，也就是說風大但是風無力。溫度對於風能發電組件來說至關重要。在低溫地區，就需要特定的風能發電組件來工作，確保發電組件有很好的低溫擴展性和適應性，從而保證低溫地區風力利用達到預期效果。

　　風電產業發展需加強科學研究

　　隨著我國風能資源利用的快速發展，氣象服務的重要性逐漸顯現出來。氣象災害直接影響風電設備安全，氣象服務評估對風電場選址、風電機組選型、風電場安全運營都具有重要指導意義。因此，有必要研究氣候變化背景下風速和極端風速的變化，進而探討氣候變化對風電場發電量的影響及對設備的危害。

　　「例如，在現行的風電場風能資源評估中，僅考慮30年氣候平均狀況和年際變率，未考慮年代際尺度的區域氣候變化對風能資源和發電量的影響。」 周榮衛坦言，「這需要完善風能資源評估規範和技術方法，在風機排布、風機選型和風險評估中充分考慮氣候變化影響。」

　　此外，還要豐富、發展大氣邊界層科學理論和氣候變化科學，提升對區域氣候變化和大面積安裝風力發電機組的綜合/共同影響及其物理機制的科學認知，為風能資源的高效利用提供更有力的支持。 （中國氣象報記者張靜）

　　氣象把脈「風光」財富

　　2015年10月，彭博新能源財經公布的一份分析報告顯示，可再生能源與化石燃料發電成本的較量正在發生顯著變化。以風電和光伏發電為代表的可再生能源，在價格上正在變得更加親民。在一些歐洲國家，陸上風電甚至已經完全具備了與天然氣、煤炭發電競爭的能力。

　　隨著我國工業化、城鎮化的快速發展，在依賴大量消耗化石能源資源創造巨大物質財富的同時，資源和環境問題也變得越來越突出，能源短缺問題日益突出。

　　風電開發的「助推器」

　　風力發電是風能資源開發與利用的主要方式之一。自上世紀70年代開始，大規模併網型風力發電技術方興未艾。

　　「國內風電產業許多的從業者比較重視風電項目可行性研究、機組選型、機組微觀選址中的風能資源技術，也有人將這些工作統稱為風能資源評估工作。」中國氣象局風能太陽能資源中心副主任楊振斌說。

　　自上世紀80年代初以來，氣象部門先後組織了多次全國範圍的風能資源普查工作，為我國風能資源開發利用提供了重要的科學支撐。在全國風能資源詳查和評價的成果上，風能太陽能資源中心努力發展資源評估技術，研發了風場校準技術、百米解析度風場降尺度模擬技術，建立了滿足工程應用的百米尺度風能數值模擬評估系統。

　　「根據國家風電開發向低風速區、分散式發展的戰略調整，我們得到新一輪風能資源評估成果。」楊振斌說，「該成果已提交國家可再生能源『十三五』發展規劃應用，並無償為省級氣象部門相關工作提供支持。」

　　「目前，風能預報業務服務產品基本形成，風能數值預報產品實現全國陸地區域的全覆蓋；我們開展多方法對比試驗研究，建立了針對風電場的風能預報訂正業務，引領行業發展，提高了風能數值預報準確率。」楊振斌說，「我們還研發了風電功率預測系統軟體，並已在雲南、甘肅、寧夏等地風電場成功進行部署或升級。部分用戶組織的比對試驗表明，與國內主要風電功率預測服務機構相比，無論是風能數值預報、還是風電功率預報，中國氣象局系統的穩定性、準確率、合格率和上報率都具有一定的優勢。」

　　摸清光伏發電的脈搏

　　我國以及各省太陽能資源總儲量、精細化的時空分布、各地光伏發電潛能估算以及光伏發電預期收益等是國家和地方政府宏觀決策的重要需求，這些科學問題都需要氣象部門加大科學分析和研究，提供可靠翔實的應用依據。

　　光伏發電的重要氣象要素——輻射，而輻射隨地理、年季、天氣狀況而變化，這就決定了光伏發電的波動性和不確定性，因此功率預報應運而生。發揮精細化數值預報技術優勢，開展輻射及光伏發電功率預報，既有利於電力系統科學調度、制定常規能源發電和光伏發電規劃、減少備用旋轉容量，又有利於電站合理安排檢修計劃。

　　此外，利用輻射變化的周期性，如輻射的日變化曲線，在夏季負荷高峰期，光伏發電系統可以為電網發揮削峰填谷的作用。變不確定為確定，精確的氣象預報大有可為。

　　「風能太陽能資源中心推動全國太陽能資源詳查與評價的立項工作，推進基於地面觀測與衛星遙感的數值模擬計算和綜合評價的國家太陽能資源評價體系，培養太陽能評估專業技術隊伍，完成了全國陸地太陽能資源開發潛力的宏觀評估和重點開發區域的精細化評估，為國家、區域太陽能開發利用規劃和宏觀政策提供科學依據。」中國氣象局風能太陽能資源中心正研級高級工程師申彥波說。

　　針對光伏發電功率預測的需求，風能太陽能資源中心研發了「直散分離」和「最佳斜面」的太陽輻射預報業務。現已推出了風電場/光伏電站區域未來7天逐時趨勢變化產品；研發建立的國家風能太陽能數值預報服務平臺，向行業發放基於數值預報系統（T639）等數值預報定製產品，履行面向行業的公益服務職能。

　　此外，風能太陽能資源中心採用全國98個輻射站、2400多個氣象站和氣象衛星觀測數據，對全國832個貧困縣光伏發電太陽能資源進行了評價。評價結果顯示，西北、華北以及中東部地區大部分貧困縣的太陽能資源均可開展光伏扶貧。

　　申彥波說：「青藏高原、西北、華北地區的貧困縣具有較好的太陽能資源開發條件，適宜開展集中式規模化光伏發電；中東部地區的貧困縣具有一定的太陽能資源開發條件，可考慮開展分布式光伏發電。」這份《全國貧困縣光伏發電太陽能資源評估》報送給國務院扶貧開發領導小組辦公室，得到了充分的肯定。目前，該成果已下發各省(區、市)，成為地方政府制定光伏扶貧規劃、試點的科學依據。（中國氣象報記者王敬濤）

　　（來源：《中國氣象報》2016年2月19日五版 責任編輯：郝靜）