西藏風(fēng)能資源及其開發(fā)情況淺析

西藏自治區(qū)能源研究示范中心 ■ 王俊樂 洛松澤仁

0 引言

近年來，隨著西藏經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，西藏能源問題日益突顯。西藏地域廣闊，目前除了藏中電網(wǎng)和昌都電網(wǎng)已與青海和四川電網(wǎng)連接外，其他都是區(qū)域性電網(wǎng)。地廣人稀、輸電線路長、用戶密度低、建設(shè)和輸電成本高等因素造成西藏邊遠(yuǎn)地區(qū)電力建設(shè)跟不上發(fā)展。西藏局部地區(qū)的電力短缺導(dǎo)致許多農(nóng)牧區(qū)使用傳統(tǒng)生物質(zhì)能源仍然是一種較原始的生活用能方式。而這種燃燒灌木、砍伐森林的取暖用能方式，使本來就脆弱的西藏生態(tài)雪上加霜。因此，因地制宜地利用當(dāng)?shù)氐男履茉促Y源、保護(hù)好生態(tài)成為西藏發(fā)展亟需面對(duì)的問題。

西藏的新能源資源主要包括太陽能、地?zé)崮堋L(fēng)能、生物質(zhì)能等，其他常規(guī)能源如石油、天然氣和煤炭等一次能源較為匱乏。而在新能源資源中，太陽能、水能、地?zé)崮艿膬?chǔ)量居全國第一。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式，是可再生能源的一種，且風(fēng)力發(fā)電是新能源產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向之一。長期以來，在黨中央、國務(wù)院和各級(jí)政府關(guān)懷和支持下，西藏風(fēng)電產(chǎn)業(yè)取得了長足的進(jìn)步。本文將對(duì)西藏的風(fēng)能資源及目前的開發(fā)情況進(jìn)行闡述。

1 西藏的風(fēng)能資源

西藏的風(fēng)能資源豐富，總儲(chǔ)量約為93億kWh，居全國第7位，是我國大風(fēng)(指8級(jí)以上的風(fēng)，風(fēng)速＞17.2 m/s)較多的地區(qū)之一；春、冬季的風(fēng)季時(shí)間長，資源較為豐富。

1.1 西藏的風(fēng)速特點(diǎn)

由于海拔高、地勢緩平，受高原強(qiáng)勁風(fēng)動(dòng)量下旋帶動(dòng)，西藏成為全國風(fēng)能資源較豐富的地區(qū)之一。西藏有兩大主風(fēng)帶，第1條主風(fēng)帶分布在藏北至阿里地區(qū)[1]，與山脈延伸基本一致，這一區(qū)域海拔超過4500 m，地勢開闊；第2條主風(fēng)帶在喜馬拉雅山脈和岡底斯山脈的山谷地帶東段。這兩大主風(fēng)帶的年平均風(fēng)速在4.0～4.3 m/s之間。受高原高海拔的影響，西藏全區(qū)的風(fēng)速不高，年平均風(fēng)速不超過5.0 m/s；全區(qū)風(fēng)速最小的地點(diǎn)位于昌都芒康，因其地勢位于河谷，年平均風(fēng)速在2 m/s左右。

西藏春季和冬季的風(fēng)能資源最豐富，而秋季最匱乏。在春、冬季，藏北至阿里地區(qū)的平均風(fēng)速最高，為4.1～5.0 m/s。到了夏季，平均風(fēng)速變小，西藏全區(qū)平均風(fēng)速在0.9～4.1 m/s之間。西藏平均風(fēng)速最小的是秋季，此時(shí)最高的風(fēng)速位于藏北主風(fēng)帶，平均風(fēng)速在3.2～3.9 m/s之間。

1.2 西藏的風(fēng)能密度特點(diǎn)

西藏風(fēng)能密度最大值基本與年平均風(fēng)速相對(duì)應(yīng)。藏北大部分地區(qū)的風(fēng)能密度約在150～200 W/m2。西藏的年平均風(fēng)能密度最小值位于西藏東部，為50 W/m2以下。另外，拉薩的年平均風(fēng)能密度也低，約為50 W/m2。

根據(jù)《全國風(fēng)能資源評(píng)價(jià)技術(shù)》的規(guī)定，風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，年風(fēng)能密度應(yīng)＞200 W/m2；較豐富區(qū)為150～200 W/m2；可利用區(qū)為50～150 W/m2；貧乏區(qū)為＜50 W/m2。根據(jù)這一概念，西藏可劃分為兩大區(qū)域：風(fēng)能可利用區(qū)域和風(fēng)能貧乏區(qū)域。風(fēng)能可利用區(qū)域分為3塊：第1塊是念青唐古拉山北部、那曲地區(qū)那曲縣東部、西到阿里地區(qū)革吉縣，該可利用區(qū)的年風(fēng)能密度為119～199 W/m2；第2塊是藏南邊境，即喜馬拉雅山北部；第3塊是昌都市的洛隆縣，該區(qū)域風(fēng)能密度為55～193 W/m2。風(fēng)能貧乏區(qū)域?yàn)槌鲜鰠^(qū)域之外的其他區(qū)域。

圖1 西藏全區(qū)風(fēng)能密度分布圖

2 西藏的風(fēng)能資源利用

西藏風(fēng)能利用起步較早，豐富的風(fēng)能資源開發(fā)也得到了重視。西藏自治區(qū)有關(guān)部門投入人力和資金，早在上世紀(jì)80年代初期就開展了風(fēng)能技術(shù)的研究。

風(fēng)能在西藏的應(yīng)用以風(fēng)力發(fā)電為主，主要解決西藏邊遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民用電的問題。1982年，那曲地區(qū)科委引進(jìn)1臺(tái)2 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行示范，之后又引進(jìn)了35臺(tái)。1984年，那曲地區(qū)又引進(jìn)了100 W的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在那曲縣建設(shè)了2個(gè)風(fēng)力發(fā)電示范村；同年，那曲地區(qū)還修建了3座總面積達(dá)1146.5 m2的風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)基地。

從上世紀(jì)90年代開始，西藏各地區(qū)根據(jù)各自區(qū)域情況積極開發(fā)和利用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，引進(jìn)的風(fēng)電機(jī)組主要以1 kW以下離網(wǎng)型小型風(fēng)電機(jī)組為主。進(jìn)入本世紀(jì)后，西藏的風(fēng)電機(jī)組主要與太陽能發(fā)電相結(jié)合進(jìn)行示范，建成風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站。

近年來，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)在西藏得到了迅猛發(fā)展，風(fēng)力資源作為一種安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的新能源在西藏得到了廣泛應(yīng)用。目前中小型(小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率在10 kW以下，中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率為10～100 kW)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)成熟，再加上西藏太陽能資源豐富，進(jìn)入21世紀(jì)之后，西藏自治區(qū)能源研究示范中心展開了風(fēng)光互補(bǔ)方面的研究。“九五”期間，西藏自治區(qū)能源研究示范中心在那曲地區(qū)納色鄉(xiāng)(現(xiàn)為扎仁鎮(zhèn))建成了4 kW風(fēng)光互補(bǔ)電站并投入運(yùn)行；2002年，西藏實(shí)施“送電到鄉(xiāng)”工程，在那曲共建造10余座風(fēng)光互補(bǔ)電站，其中，風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量近200 kW。

圖2 西藏那曲20 kW風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站

2011年，由西藏自治區(qū)能源研究示范中心承擔(dān)的雙湖風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)正式完工。該項(xiàng)目的成功標(biāo)志著風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在西藏的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新的階段。其中，單臺(tái)離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組達(dá)到10 kW，這是其在西藏的首次示范和應(yīng)用。該項(xiàng)目是迄今為止西藏離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量最大的風(fēng)光互補(bǔ)電站。

圖3 單臺(tái)10 kW風(fēng)電機(jī)組施工現(xiàn)場

從“十二五”開始，西藏開始示范和推廣1 kW的風(fēng)光互補(bǔ)戶用系統(tǒng)，其是西藏開始應(yīng)用的容量最大的風(fēng)光互補(bǔ)戶用系統(tǒng)，改變了以往戶用系統(tǒng)不能用大容量電器的局面，通過不同規(guī)格和參數(shù)的風(fēng)電機(jī)組和光伏組件，檢驗(yàn)和示范了該系統(tǒng)在西藏應(yīng)用的實(shí)用性和可靠性。

圖4 西藏推廣應(yīng)用的1 kW風(fēng)光互補(bǔ)戶用系統(tǒng)

西藏在風(fēng)電并網(wǎng)方面的應(yīng)用較晚。由于西藏特殊的地理環(huán)境和交通的限制，以及并網(wǎng)接入面臨的問題，西藏風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展比內(nèi)地滯后。2012年，西藏國電在那曲高海拔試驗(yàn)風(fēng)電場建設(shè)安裝了5臺(tái)1.5 MW風(fēng)電機(jī)組。該風(fēng)電場是全世界最高的風(fēng)電場，海拔約在4700 m。該項(xiàng)目的成功建設(shè)打破了西藏高原無大型風(fēng)電場的歷史，對(duì)優(yōu)化和調(diào)整西藏的能源比例，發(fā)展清潔、可靠和多能互補(bǔ)的綜合能源體系具有重要的發(fā)展意義；對(duì)西藏發(fā)展“高海拔、低風(fēng)速”的風(fēng)能應(yīng)用起到了研究和示范作用。該示范電站運(yùn)營以來，一直在進(jìn)行試驗(yàn)性研究和階段性并網(wǎng)，并網(wǎng)狀況良好，截至2017年年中，累積輸送電力5000多萬kWh，成為藏中電網(wǎng)的有益補(bǔ)充。

圖5 西藏那曲高海拔試驗(yàn)風(fēng)電場及單機(jī)1.5 MW風(fēng)電機(jī)組

3 結(jié)論

西藏的風(fēng)能資源豐富，于上世紀(jì)80年代初期開始開展風(fēng)能技術(shù)的研究。西藏的風(fēng)電開發(fā)主要以小型風(fēng)力發(fā)電(風(fēng)電機(jī)組單機(jī)功率在10 kW及以下)為主，因成本低、安裝和使用簡單，其發(fā)展迅速，主要面向西藏邊遠(yuǎn)的無電地區(qū)， 解決了當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民的基本生活用電問題。進(jìn)入21世紀(jì)，特別是2010年以后，由于光伏成本不斷下降、技術(shù)逐漸成熟及可靠性良好，其迅速取代了風(fēng)電，在西藏得到大力重視；而因西藏的交通運(yùn)輸不便、氣候惡劣，造成中小型風(fēng)電機(jī)組維護(hù)和保養(yǎng)困難，致使風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展和應(yīng)用緩慢。

近年來，隨著我國風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入MW級(jí)時(shí)代后，西藏陸續(xù)也進(jìn)行過大型風(fēng)電并網(wǎng)示范性的研究和推廣。但由于西藏高海拔、高寒的特殊環(huán)境，以及高原風(fēng)向紊亂和高原湍流等自然原因，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的可靠性和安全性提出了更高要求。目前，西藏的風(fēng)電并網(wǎng)還處于示范和研究階段，還未大規(guī)模推廣應(yīng)用。