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【摘要】风能资源的开发利用已经成为各国、各地列入议事议程的大事。桂林地处大陆内地,大规模有开发价值的风电场并不存在,但在一些较为平坦的高山顶上,还是存在具有开发价值的风电场所。开发山区风电场,对山区经济发展具有极大的拉动作用。根据我们普查结果,资源县金紫山和龙胜县南山已经开始了风电场的建设,这将为桂林清洁能源的开发打开了新的篇章。
【关键词】风能资源 开发利用 研究
【中图分类号】D912.6 【文献标识码】A 【文章编号】1009-8585(2011)01-00-02
1 引言
风能(wind energy)是地球表面大量空气流动所产生的动能。地面受太阳辐照后,不同地方气温变化会不同,加上空气中水蒸汽的含量不同,就会引起各地气压的差异,在水平方向上,空气就会由高压向低压地区流动,这就形成了风,风就具有风能。风能是一种天然能源,它有如下几个特点:(1)能够再生,永不枯竭。只要太阳和地球存在,就有风能,因此它是取之不尽,用之不竭,可再生的能源。(2)蕴藏量丰富,地球表面到处都有分布。(3)清洁无污染,到处都可开发利用。煤、天然气、石油的大量消耗,总有一天会挖完采尽,燃烧这些东西还会排放大量的CO2等污染物,会给人类生活环境造成极大污染和破坏,危害人类健康,而风能开发就没有这样的弊病,风能开发利用越多,空气中的漂尘和降尘会越少。另外,风能的开发也不存在开采和运输问题,无论何地(海边、平原亦或山区)只要有开采价值,设备能够运输到位,都可建立风电站,就地开发,就地利用。通过电网远程运输,还不会造成污染和环境问题[1]。
在当前全球能源供应日趋紧张的形势下,充分开发和利用风能资源,对建设节约型社会,保持国家及地区的经济可持续发展有着十分重要的意义。在应对气候变化,减少温室气体排放的措施中,提高能源使用效率与发展再生能源已成为众多国家的选择,而风电是目前技术最成熟,价格最据竞争力的可再生能源。据计算全球的风能是全球水能的10倍多[2-5]。
对于内陆的桂林山区,在海拔1000m以上的不少山头,老百姓反映常年都有比较大的风,根据群众反映,我们组织各县气象局对可能存在大风的地方进行了考察,给市发改局提供了可以开发风电场的考察报告,根据我们的考察结果,资源县金紫山风电场一期工程已经启动。龙胜县南山风电场的开发业主已经确定,现在正进行立塔测风阶段。资源金紫山项目,中国电力投资公司将在上面投资20亿,解决了沿途乡村的通路问题,还可以为山区增加旅游项目,其风电场的税收和间接经济效益,可以为山区经济发展发挥重要的作用。为此,山区县乡政府对开发山区风能资源产生了极大的兴趣,市政府对此也高度重视,大力支持,促进了桂林风电场的顺利发展。
2 风能的计算
风能资源决定于风能密度和可利用的风能累计小时数,风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的三次方和空气密度成正比关系[6]。
E＝1/2g ρAV3(kg·m／s)
式中:A——空气流动面积(m2);V——风速(m/s);ρ——空气密度(kg/m3);g——重力加速度(m/s2)。上式如按kW计量只需乘以转换系数1102即可。
风能资源受地形的影响较大,世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带,中国的东部沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带的风能资源相当丰富。最好的风能密度可以达到300瓦/平方米以上,3m/s-20m/s风速年累计超过6000小时。新疆达坂城1992年开始建设中国最大的风力发电站。
一般认为,可以将风电场风况分为三类:年平均风速6m/s以上时为较好,7m/s以上为好,8m/s以上为很好。
3 桂林地区的风能普查工作
风能作为永久性的可再生清洁资源,有国家产业政策上的支持,开发潜力很大。桂林市属于能源全部依靠买进,能源比较紧缺的地区,风能开发利用更加显得重要,如何开发利用桂林市的风能资源,必需对我市风能资源的开发利用做出规划,首先对我市风能资源现状进行认真的普查,得出我市风能资源分布的区划图,为我市风能资源开发利用提供科学依据。
3.1 风能资源调查的组织实施
桂林市风能资源调查工作于2005年底开始实施,由市气象局组织人员对全市各县气象站1971-2000年30年的风观测资料进行整理,对全市各县城风资源情况进行分析,并形成风向风速统计表。同时根据1:5万军用地形图及桂林市的气候特点进行分析,划出大风普查重点地区,提交各县进行普查。
桂林市12县气象局在市气象局的组织下,于2006年初利用各县召开两会的机会,组织乡镇村屯两级的会议代表召开座谈会,听取来自各地农村的风力情况反映。同时利用向乡镇村屯发放调查问卷的形式,广泛收集群众反映的大风信息。各县气象局还分别到可能有大风的地方召开当地群众小型座谈会,到风比较大的地方实地考察和电话调查,全市先后共组织各种座谈会45次,实地考察40人次,电话调查25人次。
各县根据座谈会、调查问卷、电话咨询、实地考察所收集的资料进行认真分析,形成本县风能资源分布考察分析意见,并上报市气象局。市气象局根据各县汇总上来的意见,结合桂林市地形分布,形成了桂林市风能资源分布图,及全市风能资源分布的综合考察报告。
3.2 对可能存在较好风场进行实地考察
为了做好桂林的风能资源调查工作,由市发改委组织,市气象局参加,先后到了广东惠来、南澳岛进行考察,根据外地风电场开发的环境要求,结合桂林市的实际,我们于2006年春季分重点,先对资源金紫山、龙胜南山等海拔在1700m左右的山顶进行考察。2007年以后,又先后对兴安的莫川及摩天岭、灌阳的海洋山顶、全州的天湖山、灵川的蓝田、资源的古田等地进行实地考察。
4 桂林风能资源的基本情况
4.1 桂林的地形
桂林地处广西壮族自治区的东北部,地理坐标为:24°15′至26°23′,东经109°37′至111°29′,略呈南北向长方形。总的地势是北高南低。北部主要山脉有越城岭、大南山、天平山,越城岭主峰猫儿山,海拔2141.5米,是华南第一高峰。东部有都庞岭,境内最高峰韭菜岭,海拔2001米。中部有海洋山,主峰宝界岭,海拔1936米。西部有架桥岭,主峰四定山,海拔1247米。南部为大瑶山北沿的余脉,这些主要山脉除架桥岭略呈南北走向外,其余均呈东北—西南走向。它们在一定程度上起到截留暖湿的海洋气流和削弱南下冷空气的作用,而其间各地则是南北气流的通道,其中北起全州、途经兴安、灵川、桂林、临桂,南到永福为典型的湘桂走廊。海洋山和都庞岭之间为典型的灌阳、恭城、平乐峡谷。
4.2 大风季节变化
影响桂林地区的大风夏半年和冬半年不同,冬半年主要是受冷空气影响造成的偏北大风;夏半年常受雷雨大风影响,风向比较乱;在春夏相交季节,冷空气来前,本地区常出现明显的偏南风。
4.3 大风分布
大风的分布主要考虑地形分布。冬季偏北大风对全市都有影响,夏季大风局地性强,没有明显的大风地带。
根据地形特点,大风又可以分为峡谷风和高山风。明显的峡谷风地带是湘桂走廊和灌阳的黄关经观音阁到恭城的龙虎、嘉会至平乐的沙子乡。由于山地对大风的阻挡,各高山顶上,大风比山下要大得多,特别是海拔高于1000米的山峰,风况可以“较好”的等级。如市区尧山顶、资源的十里平坦、真宝顶、兴安猫儿山顶、灌阳韭菜岭、宝界岭、龙胜南山顶、蚂蝗坪、灵川扼子山顶、临桂广福顶、永福四定山顶、登云山顶、恭城银殿山顶、荔浦猪头山顶。
根据全市气象站网观测资料及地形分布综合分析,桂林地区的风能资源分布区域主要集中海拔1000米以上的高山顶和湘桂走廊及灌阳到恭城走廊。
湘桂走廊及灌阳到恭城走廊的大风成带状分布,湘桂走廊从全州县的庙头镇经兴安县的界首镇和溶江镇、灵川县的三街镇和甘棠镇到临桂县的四塘镇,风力都比较大,特别是冬季的偏北大风,湘桂走廊更是比其他地方明显。其中北风最大的地方是兴安县的界首镇、溶江镇到灵川县的三街镇一带。全州县气象站30年年平均风速可以达到3米/秒,界首镇和三街一带的风速约达到4～5米/秒以上。另外,灌阳的黄关乡到恭城县的龙虎、嘉会乡风能资源也十分丰富,风速约在4～5米/秒以上。
5 桂林山区风能开发的基本条件分析
5.1 不利条件
山区风电场开发没有北方草原和沿海地区方便,首先是交通条件,基本上都达不到设备运输的要求,即便原有上山公路,也要加宽、拉直。
5.2 有利条件
风电场的开发还要避开人口密集区域,植被破坏少,地势比较平坦。桂林的山区人口稀少,山顶上基本没有人住,植被基本是草地,树木都长不起,这对风电场的开发极其有利。已开发和待开发的几个场地,市电的接入也比较方便,除了海洋山顶条件稍差外,其他场地基本都有上山公路。龙胜县的南山、资源县的十里平坦是桂林最理想的风能资源开发地。龙胜县的南山,地势较高,海拔1700米,与湖南省城步县南山牧场相连,风能资源十分丰富,根据南山立塔观测分析,龙胜南山年平均风速可以达到6米/秒以上。资源的金紫山(也叫十里平坦),因山顶宽而平得名,山顶海拔高约1700米,位于湖南南山的正东面,据当地老百姓反映,山上一年四季都有风,据立塔观测资料分析,年平均风速和南山差不多,可以达到6米/秒以上,两处山上一年四季都有很大的风,但超过10级以上的大风很少,风速一般都在5～15m/s之间,风的质量很高,对风力发电非常理想。广西区电力工业勘察设计研究院现场考察认为,南山可用风电场场地30平方公里,风电场可装机容量达150MW;金紫山可用风电场场地20平方公里,风电场可装机容量达100MW。
6 小结
1)桂林地处内陆,找不到特别好的大片风电场地,但在海拔1000m以上的高山顶上还是具有开发价值的,实测风况可以达到“较好”的等级。
2)山地风能资源开发对于交通来讲,成本要增加,但拆迁、补偿等基本不用开支,风电场项目的实施可以拉动山区经济的发展,是山区政府和农民都得利的惠民工程。
3)桂林“较好”风电场有资源县金紫山、龙胜县南山、全州县天湖、兴安县摩天岭、灌阳县海洋山。目前金紫山和南山已经正式启动。
参考文献
[1] 李美云,可再生的新能源之王-风能,金融博览[J].2010.10:66-67.
[2] 佚名,风能资源详查结果,农业工程技术:新能源产业[J].2010.1:39-39.
[3] 辛华龙,中国海上风能开发研究展望,中国海洋大学学报[J].2010.6:147-152.
[4] 朱历,中外六位老总谈风论电,电器制造[J].2010.5:20-21.
[5] 佚名,我国将在六省区打造7个千万瓦级风电基地,水电勘测设计[J].2010.1:23-23.
[6] 刘志煌,杨宜民,风能评估系统的研究与实现,计算机工程与设计[J].2010.10:2363-2366.
【关键词】风能资源 开发利用 研究
【中图分类号】D912.6 【文献标识码】A 【文章编号】1009-8585(2011)01-00-02
1 引言
风能(wind energy)是地球表面大量空气流动所产生的动能。地面受太阳辐照后,不同地方气温变化会不同,加上空气中水蒸汽的含量不同,就会引起各地气压的差异,在水平方向上,空气就会由高压向低压地区流动,这就形成了风,风就具有风能。风能是一种天然能源,它有如下几个特点:(1)能够再生,永不枯竭。只要太阳和地球存在,就有风能,因此它是取之不尽,用之不竭,可再生的能源。(2)蕴藏量丰富,地球表面到处都有分布。(3)清洁无污染,到处都可开发利用。煤、天然气、石油的大量消耗,总有一天会挖完采尽,燃烧这些东西还会排放大量的CO2等污染物,会给人类生活环境造成极大污染和破坏,危害人类健康,而风能开发就没有这样的弊病,风能开发利用越多,空气中的漂尘和降尘会越少。另外,风能的开发也不存在开采和运输问题,无论何地(海边、平原亦或山区)只要有开采价值,设备能够运输到位,都可建立风电站,就地开发,就地利用。通过电网远程运输,还不会造成污染和环境问题[1]。
在当前全球能源供应日趋紧张的形势下,充分开发和利用风能资源,对建设节约型社会,保持国家及地区的经济可持续发展有着十分重要的意义。在应对气候变化,减少温室气体排放的措施中,提高能源使用效率与发展再生能源已成为众多国家的选择,而风电是目前技术最成熟,价格最据竞争力的可再生能源。据计算全球的风能是全球水能的10倍多[2-5]。
对于内陆的桂林山区,在海拔1000m以上的不少山头,老百姓反映常年都有比较大的风,根据群众反映,我们组织各县气象局对可能存在大风的地方进行了考察,给市发改局提供了可以开发风电场的考察报告,根据我们的考察结果,资源县金紫山风电场一期工程已经启动。龙胜县南山风电场的开发业主已经确定,现在正进行立塔测风阶段。资源金紫山项目,中国电力投资公司将在上面投资20亿,解决了沿途乡村的通路问题,还可以为山区增加旅游项目,其风电场的税收和间接经济效益,可以为山区经济发展发挥重要的作用。为此,山区县乡政府对开发山区风能资源产生了极大的兴趣,市政府对此也高度重视,大力支持,促进了桂林风电场的顺利发展。
2 风能的计算
风能资源决定于风能密度和可利用的风能累计小时数,风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的三次方和空气密度成正比关系[6]。
E＝1/2g ρAV3(kg·m／s)
式中:A——空气流动面积(m2);V——风速(m/s);ρ——空气密度(kg/m3);g——重力加速度(m/s2)。上式如按kW计量只需乘以转换系数1102即可。
风能资源受地形的影响较大,世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带,中国的东部沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带的风能资源相当丰富。最好的风能密度可以达到300瓦/平方米以上,3m/s-20m/s风速年累计超过6000小时。新疆达坂城1992年开始建设中国最大的风力发电站。
一般认为,可以将风电场风况分为三类:年平均风速6m/s以上时为较好,7m/s以上为好,8m/s以上为很好。
3 桂林地区的风能普查工作
风能作为永久性的可再生清洁资源,有国家产业政策上的支持,开发潜力很大。桂林市属于能源全部依靠买进,能源比较紧缺的地区,风能开发利用更加显得重要,如何开发利用桂林市的风能资源,必需对我市风能资源的开发利用做出规划,首先对我市风能资源现状进行认真的普查,得出我市风能资源分布的区划图,为我市风能资源开发利用提供科学依据。
3.1 风能资源调查的组织实施
桂林市风能资源调查工作于2005年底开始实施,由市气象局组织人员对全市各县气象站1971-2000年30年的风观测资料进行整理,对全市各县城风资源情况进行分析,并形成风向风速统计表。同时根据1:5万军用地形图及桂林市的气候特点进行分析,划出大风普查重点地区,提交各县进行普查。
桂林市12县气象局在市气象局的组织下,于2006年初利用各县召开两会的机会,组织乡镇村屯两级的会议代表召开座谈会,听取来自各地农村的风力情况反映。同时利用向乡镇村屯发放调查问卷的形式,广泛收集群众反映的大风信息。各县气象局还分别到可能有大风的地方召开当地群众小型座谈会,到风比较大的地方实地考察和电话调查,全市先后共组织各种座谈会45次,实地考察40人次,电话调查25人次。
各县根据座谈会、调查问卷、电话咨询、实地考察所收集的资料进行认真分析,形成本县风能资源分布考察分析意见,并上报市气象局。市气象局根据各县汇总上来的意见,结合桂林市地形分布,形成了桂林市风能资源分布图,及全市风能资源分布的综合考察报告。
3.2 对可能存在较好风场进行实地考察
为了做好桂林的风能资源调查工作,由市发改委组织,市气象局参加,先后到了广东惠来、南澳岛进行考察,根据外地风电场开发的环境要求,结合桂林市的实际,我们于2006年春季分重点,先对资源金紫山、龙胜南山等海拔在1700m左右的山顶进行考察。2007年以后,又先后对兴安的莫川及摩天岭、灌阳的海洋山顶、全州的天湖山、灵川的蓝田、资源的古田等地进行实地考察。
4 桂林风能资源的基本情况
4.1 桂林的地形
桂林地处广西壮族自治区的东北部,地理坐标为:24°15′至26°23′,东经109°37′至111°29′,略呈南北向长方形。总的地势是北高南低。北部主要山脉有越城岭、大南山、天平山,越城岭主峰猫儿山,海拔2141.5米,是华南第一高峰。东部有都庞岭,境内最高峰韭菜岭,海拔2001米。中部有海洋山,主峰宝界岭,海拔1936米。西部有架桥岭,主峰四定山,海拔1247米。南部为大瑶山北沿的余脉,这些主要山脉除架桥岭略呈南北走向外,其余均呈东北—西南走向。它们在一定程度上起到截留暖湿的海洋气流和削弱南下冷空气的作用,而其间各地则是南北气流的通道,其中北起全州、途经兴安、灵川、桂林、临桂,南到永福为典型的湘桂走廊。海洋山和都庞岭之间为典型的灌阳、恭城、平乐峡谷。
4.2 大风季节变化
影响桂林地区的大风夏半年和冬半年不同,冬半年主要是受冷空气影响造成的偏北大风;夏半年常受雷雨大风影响,风向比较乱;在春夏相交季节,冷空气来前,本地区常出现明显的偏南风。
4.3 大风分布
大风的分布主要考虑地形分布。冬季偏北大风对全市都有影响,夏季大风局地性强,没有明显的大风地带。
根据地形特点,大风又可以分为峡谷风和高山风。明显的峡谷风地带是湘桂走廊和灌阳的黄关经观音阁到恭城的龙虎、嘉会至平乐的沙子乡。由于山地对大风的阻挡,各高山顶上,大风比山下要大得多,特别是海拔高于1000米的山峰,风况可以“较好”的等级。如市区尧山顶、资源的十里平坦、真宝顶、兴安猫儿山顶、灌阳韭菜岭、宝界岭、龙胜南山顶、蚂蝗坪、灵川扼子山顶、临桂广福顶、永福四定山顶、登云山顶、恭城银殿山顶、荔浦猪头山顶。
根据全市气象站网观测资料及地形分布综合分析,桂林地区的风能资源分布区域主要集中海拔1000米以上的高山顶和湘桂走廊及灌阳到恭城走廊。
湘桂走廊及灌阳到恭城走廊的大风成带状分布,湘桂走廊从全州县的庙头镇经兴安县的界首镇和溶江镇、灵川县的三街镇和甘棠镇到临桂县的四塘镇,风力都比较大,特别是冬季的偏北大风,湘桂走廊更是比其他地方明显。其中北风最大的地方是兴安县的界首镇、溶江镇到灵川县的三街镇一带。全州县气象站30年年平均风速可以达到3米/秒,界首镇和三街一带的风速约达到4～5米/秒以上。另外,灌阳的黄关乡到恭城县的龙虎、嘉会乡风能资源也十分丰富,风速约在4～5米/秒以上。
5 桂林山区风能开发的基本条件分析
5.1 不利条件
山区风电场开发没有北方草原和沿海地区方便,首先是交通条件,基本上都达不到设备运输的要求,即便原有上山公路,也要加宽、拉直。
5.2 有利条件
风电场的开发还要避开人口密集区域,植被破坏少,地势比较平坦。桂林的山区人口稀少,山顶上基本没有人住,植被基本是草地,树木都长不起,这对风电场的开发极其有利。已开发和待开发的几个场地,市电的接入也比较方便,除了海洋山顶条件稍差外,其他场地基本都有上山公路。龙胜县的南山、资源县的十里平坦是桂林最理想的风能资源开发地。龙胜县的南山,地势较高,海拔1700米,与湖南省城步县南山牧场相连,风能资源十分丰富,根据南山立塔观测分析,龙胜南山年平均风速可以达到6米/秒以上。资源的金紫山(也叫十里平坦),因山顶宽而平得名,山顶海拔高约1700米,位于湖南南山的正东面,据当地老百姓反映,山上一年四季都有风,据立塔观测资料分析,年平均风速和南山差不多,可以达到6米/秒以上,两处山上一年四季都有很大的风,但超过10级以上的大风很少,风速一般都在5～15m/s之间,风的质量很高,对风力发电非常理想。广西区电力工业勘察设计研究院现场考察认为,南山可用风电场场地30平方公里,风电场可装机容量达150MW;金紫山可用风电场场地20平方公里,风电场可装机容量达100MW。
6 小结
1)桂林地处内陆,找不到特别好的大片风电场地,但在海拔1000m以上的高山顶上还是具有开发价值的,实测风况可以达到“较好”的等级。
2)山地风能资源开发对于交通来讲,成本要增加,但拆迁、补偿等基本不用开支,风电场项目的实施可以拉动山区经济的发展,是山区政府和农民都得利的惠民工程。
3)桂林“较好”风电场有资源县金紫山、龙胜县南山、全州县天湖、兴安县摩天岭、灌阳县海洋山。目前金紫山和南山已经正式启动。
参考文献
[1] 李美云,可再生的新能源之王-风能,金融博览[J].2010.10:66-67.
[2] 佚名,风能资源详查结果,农业工程技术:新能源产业[J].2010.1:39-39.
[3] 辛华龙,中国海上风能开发研究展望,中国海洋大学学报[J].2010.6:147-152.
[4] 朱历,中外六位老总谈风论电,电器制造[J].2010.5:20-21.
[5] 佚名,我国将在六省区打造7个千万瓦级风电基地,水电勘测设计[J].2010.1:23-23.
[6] 刘志煌,杨宜民,风能评估系统的研究与实现,计算机工程与设计[J].2010.10:2363-2366.