海上風(fēng)能資源分布綜述

宋軍

【摘 要】隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的加快，能源問(wèn)題已成為世界性的問(wèn)題，探索、開(kāi)發(fā)新的能源替代產(chǎn)品已成為世界各國(guó)的重點(diǎn)研究方向，海上風(fēng)電由于其風(fēng)能資源好、節(jié)約土地、離電網(wǎng)負(fù)荷中心近等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為世界各國(guó)的重點(diǎn)發(fā)展方向。本文從大氣環(huán)流的角度來(lái)分析全球氣壓帶和風(fēng)帶的分布，得出全球海上風(fēng)能資源的分布及其原理，分析影響海上風(fēng)電發(fā)展的主要?dú)夂驗(yàn)?zāi)害，重點(diǎn)對(duì)比歐洲、美國(guó)和中國(guó)三個(gè)重點(diǎn)區(qū)域的海上風(fēng)能資源特性。

【關(guān)鍵詞】 全球風(fēng)帶 ?海上風(fēng)電 ?風(fēng)能資源分布

1 全球海上風(fēng)能資源分布

1.1 全球氣壓帶和風(fēng)帶分布

全球風(fēng)帶的形成與氣壓帶的分布有著密切的關(guān)系。由于地球表面接受太陽(yáng)輻射不均勻，導(dǎo)致地球上高低氣壓的分布，加之下墊面性質(zhì)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(huán)流。各地氣壓高低不同所產(chǎn)生的氣壓差，造成了空氣的流動(dòng)，其結(jié)果是形成了與之相對(duì)應(yīng)的風(fēng)帶。風(fēng)帶的分布，從赤道到兩極，分別是：赤道無(wú)風(fēng)帶、東北（東南）信風(fēng)帶、副熱帶無(wú)風(fēng)帶、盛行西風(fēng)帶和極地東風(fēng)帶。

1.2 全球海上風(fēng)能資源分布

2005年，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室利用QuikSCAT衛(wèi)星的洋面風(fēng)散射數(shù)據(jù)，并結(jié)合NCAR/NCEP再分析資料和海上觀測(cè)站資料，模擬出了全球海上50m高度的風(fēng)能資源分布。

赤道附近處于赤道無(wú)風(fēng)帶，風(fēng)速最小;南北回歸線附近，屬于信風(fēng)帶，風(fēng)速稍大;南北半球緯度30度左右，屬于副熱帶無(wú)風(fēng)帶，風(fēng)速相對(duì)較小;緯度更高一點(diǎn)的區(qū)域?qū)儆谑⑿形黠L(fēng)帶，風(fēng)速普遍很大，如歐洲北海地區(qū)，風(fēng)速較大，盛行西風(fēng)，以及南半球緯度40度至60度之間的咆哮西風(fēng)帶，常年刮極強(qiáng)的西風(fēng);兩極地區(qū)屬于極低東風(fēng)帶，風(fēng)速也比較大。

1.3 海上地方性的風(fēng)

在有些海域，受區(qū)域氣候（如季風(fēng)、海陸風(fēng)等）和地形（狹管效應(yīng)、岬角效應(yīng)、海岸效應(yīng)等）的影響，也會(huì)形成一些地方性的風(fēng)。比如我國(guó)的臺(tái)灣海峽，受大陸和臺(tái)灣島狹管效應(yīng)的影響，流經(jīng)氣流受到擠壓和加速，經(jīng)常出現(xiàn)東北或西南方向的大風(fēng)，平均風(fēng)速在8.5m/s以上，局部超過(guò)9m/s，是中國(guó)海上風(fēng)能資源最為豐富的區(qū)域。

2 影響海上風(fēng)電的氣候?yàn)?zāi)害

2.1 熱帶氣旋

在全球范圍內(nèi)，西北太平洋地區(qū)發(fā)生次數(shù)最多，約占全球總數(shù)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(cè)4～5°緯距范圍內(nèi)，由于地轉(zhuǎn)偏向力太小，幾乎沒(méi)有熱帶氣旋發(fā)生。

在發(fā)展海上風(fēng)電的國(guó)家中，中國(guó)受熱帶氣旋影響最大，其次是美國(guó)，日本、澳大利亞和印度等國(guó)也會(huì)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(duì)海上風(fēng)電的影響，主要體現(xiàn)有：在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)階段，低能見(jiàn)度影響工程建設(shè)進(jìn)度;在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行階段，低能見(jiàn)度致使運(yùn)維船只無(wú)法航行，降低海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維的效率。

（2）鹽霧：鹽霧對(duì)海上機(jī)組的影響主要體現(xiàn)為：污染葉片，影響其氣動(dòng)性能，產(chǎn)生噪音污染和影響美觀;破壞機(jī)組的強(qiáng)度，降低機(jī)組承受載荷的能力;生成氧化合物使電氣接觸不良，導(dǎo)致電氣設(shè)備故障。

2.3 海冰

海冰在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)海上機(jī)組的推力和撞擊力，是對(duì)海上風(fēng)電最大的危害。另外，大面積的海冰也會(huì)導(dǎo)致運(yùn)維船只航行受阻，從而影響海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)。

3 重點(diǎn)海域的風(fēng)能資源分布

3.1 歐洲

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

3.2 美國(guó)

2010年，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用多種數(shù)值模擬的方法進(jìn)行綜合模擬和分析，得出了美國(guó)海上90m高度的風(fēng)能資源分布。美國(guó)海上風(fēng)能資源非常豐富，其中以東海岸北部和西海岸中部的風(fēng)速最大，達(dá)9.5m/s以上;其次是五大湖地區(qū)、東海岸中部和墨西哥灣的德克薩斯州沿海地區(qū)，平均風(fēng)速基本介于8～9m/s之間。

3.3 中國(guó)

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

在各個(gè)海域中，以臺(tái)灣海峽的風(fēng)能資源最為豐富，平均風(fēng)速達(dá)8.5m/s以上，局部超過(guò)9m/s;其次是浙江沿海、廣東東部沿海和渤海遼東灣，平均風(fēng)速均在8m/s以上;其它海域的平均風(fēng)速大都在7.5m/s以上;北部灣北部和黃海中部的風(fēng)能資源相對(duì)較差，平均風(fēng)速在7m/s左右。

4 結(jié)語(yǔ)

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

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

（3）海洋氣候?yàn)?zāi)害對(duì)海上風(fēng)電發(fā)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(duì)中國(guó)海上風(fēng)電的影響非常大，尤其是在長(zhǎng)江口以南的南海和東海海域，應(yīng)引起足夠的重視。

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