宋军
(1.华北电力大学,北京 102206;2.北京瑞科同创能源科技有限公司,北京 100079)
海上风能资源分布综述
宋军1,2
(1.华北电力大学,北京 102206;2.北京瑞科同创能源科技有限公司,北京 100079)
随着全球经济发展步伐的加快,能源问题已成为世界性的问题,探索、开发新的能源替代产品已成为世界各国的重点研究方向,海上风电由于其风能资源好、节约土地、离电网负荷中心近等诸多优点,已成为世界各国的重点发展方向。本文从大气环流的角度来分析全球气压带和风带的分布,得出全球海上风能资源的分布及其原理,分析影响海上风电发展的主要气候灾害,重点对比欧洲、美国和中国三个重点区域的海上风能资源特性。
全球风带 海上风电 风能资源分布
1 全球海上风能资源分布
1.1 全球气压带和风带分布
全球风带的形成与气压带的分布有着密切的关系。由于地球表面接受太阳辐射不均匀，导致地球上高低气压的分布，加之下垫面性质本身的差异(包括海陆分布、大地形、地表摩擦等)，从而形成了全球的大气环流。各地气压高低不同所产生的气压差，造成了空气的流动，其结果是形成了与之相对应的风带。风带的分布，从赤道到两极，分别是：赤道无风带、东北(东南)信风带、副热带无风带、盛行西风带和极地东风带。
1.2 全球海上风能资源分布
2005年，美国国家可再生能源实验室利用QuikSCAT卫星的洋面风散射数据，并结合NCAR/NCEP再分析资料和海上观测站资料，模拟出了全球海上50m高度的风能资源分布。
赤道附近处于赤道无风带，风速最小；南北回归线附近，属于信风带，风速稍大；南北半球纬度30度左右，属于副热带无风带，风速相对较小；纬度更高一点的区域属于盛行西风带，风速普遍很大，如欧洲北海地区，风速较大，盛行西风，以及南半球纬度40度至60度之间的咆哮西风带，常年刮极强的西风；两极地区属于极低东风带，风速也比较大。
1.3 海上地方性的风
在有些海域，受区域气候(如季风、海陆风等)和地形(狭管效应、岬角效应、海岸效应等)的影响，也会形成一些地方性的风。比如我国的台湾海峡，受大陆和台湾岛狭管效应的影响，流经气流受到挤压和加速，经常出现东北或西南方向的大风，平均风速在8．5m/s以上，局部超过9m/s，是中国海上风能资源最为丰富的区域。
2 影响海上风电的气候灾害
2.1 热带气旋
在全球范围内，西北太平洋地区发生次数最多，约占全球总数的36%，其次是东太平洋和西北大西洋，分别占全球的16%和11%，在赤道两侧4～5°纬距范围内，由于地转偏向力太小，几乎没有热带气旋发生。
在发展海上风电的国家中，中国受热带气旋影响最大，其次是美国，日本、澳大利亚和印度等国也会受到不同程度的影响，欧洲则不受影响。
2.2 海雾及盐雾
(1)海雾：海雾对海上风电的影响，主要体现有：在风电场建设阶段，低能见度影响工程建设进度；在风电场运行阶段，低能见度致使运维船只无法航行，降低海上风电场运维的效率。
(2)盐雾：盐雾对海上机组的影响主要体现为：污染叶片，影响其气动性能，产生噪音污染和影响美观；破坏机组的强度，降低机组承受载荷的能力；生成氧化合物使电气接触不良，导致电气设备故障。
2.3 海冰
海冰在运动时对海上机组的推力和撞击力，是对海上风电最大的危害。另外，大面积的海冰也会导致运维船只航行受阻，从而影响海上风电场的运行维护。
3 重点海域的风能资源分布
3.1 欧洲
2001年，丹麦RISO实验室模拟得出了欧洲50m高度的海上风能资源分布。可以看到，在欧洲三个主要海域(北海、波罗的海和地中海)中，北海风能资源最为丰富，大部分地区的年平均风速均超过9m/s，且越往西风速越大，很多海域的平均风速能达到10m/s以上，比如在英国的西海岸；波罗的海风能资源也比较丰富，平均风速在8m/s左右；地中海的风能资源相对较差，大部分地区的平均风速在7m/s左右。
3.2 美国
2010年，美国国家可再生能源实验室运用多种数值模拟的方法进行综合模拟和分析，得出了美国海上90m高度的风能资源分布。美国海上风能资源非常丰富，其中以东海岸北部和西海岸中部的风速最大，达9．5m/s以上；其次是五大湖地区、东海岸中部和墨西哥湾的德克萨斯州沿海地区，平均风速基本介于8～9m/s之间。
3.3 中国
2010年，国家气候中心模拟给出了中国近海70m高度风能资源分布。中国近海海域风能资源丰富，四大海区中以东海的风能资源最为丰富，然后依次是渤海、南海和黄海。
在各个海域中，以台湾海峡的风能资源最为丰富，平均风速达8．5m/s以上，局部超过9m/s；其次是浙江沿海、广东东部沿海和渤海辽东湾，平均风速均在8m/s以上；其它海域的平均风速大都在7．5m/s以上；北部湾北部和黄海中部的风能资源相对较差，平均风速在7m/s左右。
4 结语
(1)从大气环流的角度来看，全球海上风能资源的分布与全球气压带和风带的分布密切相关，其一般性规律是：越往赤道风越小，越往两极风越大；同时也有区域气候和特殊地形形成的地方性的风。
(2)在全球海上风电发展的重点海域中，欧洲的海上风能资源最为丰富，其大部分区域的平均风速介于9～12m/s之间；其次为美国，平均风速为8～10m/s；而中国的大部分近海区域平均风速为7～9m/s，局部海域＞9m/s。
(3)海洋气候灾害对海上风电发展存在着很大影响，主要有热带气旋、海雾、盐雾和海冰，其中热带气旋对中国海上风电的影响非常大，尤其是在长江口以南的南海和东海海域，应引起足够的重视。
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