海上風能資源分布綜述

宋軍

(1.華北電力大學,北京 102206;2.北京瑞科同創能源科技有限公司,北京 100079)

海上風能資源分布綜述

宋軍1,2

(1.華北電力大學,北京 102206;2.北京瑞科同創能源科技有限公司,北京 100079)

隨著全球經濟發展步伐的加快,能源問題已成為世界性的問題,探索、開發新的能源替代產品已成為世界各國的重點研究方向,海上風電由于其風能資源好、節約土地、離電網負荷中心近等諸多優點,已成為世界各國的重點發展方向。本文從大氣環流的角度來分析全球氣壓帶和風帶的分布,得出全球海上風能資源的分布及其原理,分析影響海上風電發展的主要氣候災害,重點對比歐洲、美國和中國三個重點區域的海上風能資源特性。

全球風帶 海上風電 風能資源分布

1 全球海上風能資源分布

1.1 全球氣壓帶和風帶分布

全球風帶的形成與氣壓帶的分布有著密切的關系。由于地球表面接受太陽輻射不均勻，導致地球上高低氣壓的分布，加之下墊面性質本身的差異(包括海陸分布、大地形、地表摩擦等)，從而形成了全球的大氣環流。各地氣壓高低不同所產生的氣壓差，造成了空氣的流動，其結果是形成了與之相對應的風帶。風帶的分布，從赤道到兩極，分別是：赤道無風帶、東北(東南)信風帶、副熱帶無風帶、盛行西風帶和極地東風帶。

1.2 全球海上風能資源分布

2005年，美國國家可再生能源實驗室利用QuikSCAT衛星的洋面風散射數據，并結合NCAR/NCEP再分析資料和海上觀測站資料，模擬出了全球海上50m高度的風能資源分布。

赤道附近處于赤道無風帶，風速最小；南北回歸線附近，屬于信風帶，風速稍大；南北半球緯度30度左右，屬于副熱帶無風帶，風速相對較小；緯度更高一點的區域屬于盛行西風帶，風速普遍很大，如歐洲北海地區，風速較大，盛行西風，以及南半球緯度40度至60度之間的咆哮西風帶，常年刮極強的西風；兩極地區屬于極低東風帶，風速也比較大。

1.3 海上地方性的風

在有些海域，受區域氣候(如季風、海陸風等)和地形(狹管效應、岬角效應、海岸效應等)的影響，也會形成一些地方性的風。比如我國的臺灣海峽，受大陸和臺灣島狹管效應的影響，流經氣流受到擠壓和加速，經常出現東北或西南方向的大風，平均風速在8．5m/s以上，局部超過9m/s，是中國海上風能資源最為豐富的區域。

2 影響海上風電的氣候災害

2.1 熱帶氣旋

在全球范圍內，西北太平洋地區發生次數最多，約占全球總數的36%，其次是東太平洋和西北大西洋，分別占全球的16%和11%，在赤道兩側4～5°緯距范圍內，由于地轉偏向力太小，幾乎沒有熱帶氣旋發生。

在發展海上風電的國家中，中國受熱帶氣旋影響最大，其次是美國，日本、澳大利亞和印度等國也會受到不同程度的影響，歐洲則不受影響。

2.2 海霧及鹽霧

(1)海霧：海霧對海上風電的影響，主要體現有：在風電場建設階段，低能見度影響工程建設進度；在風電場運行階段，低能見度致使運維船只無法航行，降低海上風電場運維的效率。

(2)鹽霧：鹽霧對海上機組的影響主要體現為：污染葉片，影響其氣動性能，產生噪音污染和影響美觀；破壞機組的強度，降低機組承受載荷的能力；生成氧化合物使電氣接觸不良，導致電氣設備故障。

2.3 海冰

海冰在運動時對海上機組的推力和撞擊力，是對海上風電最大的危害。另外，大面積的海冰也會導致運維船只航行受阻，從而影響海上風電場的運行維護。

3 重點海域的風能資源分布

3.1 歐洲

2001年，丹麥RISO實驗室模擬得出了歐洲50m高度的海上風能資源分布。可以看到，在歐洲三個主要海域(北海、波羅的海和地中海)中，北海風能資源最為豐富，大部分地區的年平均風速均超過9m/s，且越往西風速越大，很多海域的平均風速能達到10m/s以上，比如在英國的西海岸；波羅的海風能資源也比較豐富，平均風速在8m/s左右；地中海的風能資源相對較差，大部分地區的平均風速在7m/s左右。

3.2 美國

2010年，美國國家可再生能源實驗室運用多種數值模擬的方法進行綜合模擬和分析，得出了美國海上90m高度的風能資源分布。美國海上風能資源非常豐富，其中以東海岸北部和西海岸中部的風速最大，達9．5m/s以上；其次是五大湖地區、東海岸中部和墨西哥灣的德克薩斯州沿海地區，平均風速基本介于8～9m/s之間。

3.3 中國

2010年，國家氣候中心模擬給出了中國近海70m高度風能資源分布。中國近海海域風能資源豐富，四大海區中以東海的風能資源最為豐富，然后依次是渤海、南海和黃海。

在各個海域中，以臺灣海峽的風能資源最為豐富，平均風速達8．5m/s以上，局部超過9m/s；其次是浙江沿海、廣東東部沿海和渤海遼東灣，平均風速均在8m/s以上；其它海域的平均風速大都在7．5m/s以上；北部灣北部和黃海中部的風能資源相對較差，平均風速在7m/s左右。

4 結語

(1)從大氣環流的角度來看，全球海上風能資源的分布與全球氣壓帶和風帶的分布密切相關，其一般性規律是：越往赤道風越小，越往兩極風越大；同時也有區域氣候和特殊地形形成的地方性的風。

(2)在全球海上風電發展的重點海域中，歐洲的海上風能資源最為豐富，其大部分區域的平均風速介于9～12m/s之間；其次為美國，平均風速為8～10m/s；而中國的大部分近海區域平均風速為7～9m/s，局部海域＞9m/s。

(3)海洋氣候災害對海上風電發展存在著很大影響，主要有熱帶氣旋、海霧、鹽霧和海冰，其中熱帶氣旋對中國海上風電的影響非常大，尤其是在長江口以南的南海和東海海域，應引起足夠的重視。

[1]李曉燕,余志.海上風力發電進展[J].太陽能學報,2004,25(1):78-84.

[2]GLOBAL WIND REPORT ANNUAL MARKET UPDATE 2013,GWEC,2014, 4.

[3]Bruce Hamilton ,Offshore Wind Market and Economic Analysis report,2014,9.

[4]張秀芝,風能資源評估技術[R].信息化項目管理與風資源評估國際培訓班講義,2010,12.