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風(fēng)能開發(fā)中的幾個關(guān)鍵科學(xué)問題

《科學(xué)網(wǎng)》2008年5月14日報道 風(fēng)能開發(fā)的重要性已無可爭辯，進行大規(guī)模風(fēng)能開發(fā)必須首先解決一系列關(guān)鍵科學(xué)問題。

國家氣候中心副主任、中國氣象局風(fēng)能太陽能資源評估中心主任羅勇研究員和中國科學(xué)院大氣物理所研究所研究員胡非在接受《科學(xué)時報》采訪時，不約而同地強調(diào)了這一觀點。

那么，風(fēng)能資源開發(fā)究竟面臨哪些與大氣科學(xué)有關(guān)的關(guān)鍵性科學(xué)問題呢？

建立風(fēng)能資源精細化評估模型

“就像開發(fā)礦產(chǎn)資源要先找礦一樣，開發(fā)風(fēng)能資源就必須先找風(fēng)，但是風(fēng)能和礦產(chǎn)資源又不同，不是有了風(fēng)就一定能開發(fā)出風(fēng)能?！焙钦f，必須建立一套有效的科學(xué)方法進行風(fēng)能資源的詳查。這些科學(xué)方法包括改進和發(fā)展國際上已有的風(fēng)能資源評估理論和方法、建立適合于中國氣候和地形特點的風(fēng)能資源精細化評估模型。

從大氣科學(xué)的角度來講，風(fēng)力發(fā)電主要利用的是近地層中風(fēng)的動能資源（風(fēng)力發(fā)電機輪轂高度一般不超過120米），因此，必須詳細了解在中國風(fēng)機高度范圍內(nèi)（120米以下）的風(fēng)能資源總儲量是多少，哪里是中國風(fēng)能資源的宏觀豐富區(qū)。

羅勇則向記者介紹，以往的中國風(fēng)能資源評估主要采用的是氣象臺站10米高度上的常規(guī)測風(fēng)資料和少量測風(fēng)塔資料，受氣象臺站空間分布密度、測風(fēng)塔資料序列較短以及尚未建立適應(yīng)中國季風(fēng)氣候特征和地形特點的精細化評估理論和方法等因素的限制，尚不能準確地給出風(fēng)機高度上的風(fēng)能資源總儲量以及精細化（水平分辨率達1公里，垂直分辨率達10米；下同）的地區(qū)分布特征。因此，要實現(xiàn)中國風(fēng)能資源的大規(guī)?？沙掷m(xù)開發(fā)利用，必須首先詳細了解中國風(fēng)機高度上的風(fēng)能資源的具體分布區(qū)域。

羅勇進一步強調(diào)，要在風(fēng)能資源宏觀豐富區(qū)內(nèi)科學(xué)指導(dǎo)風(fēng)電場的微觀選址，還需建立適合于中國季風(fēng)氣候特征和地形特點的風(fēng)電場微觀選址模型，才能實現(xiàn)風(fēng)能資源的精細化評估，其結(jié)果才能更好地應(yīng)用于風(fēng)電場的設(shè)計和建設(shè)。

為了進行風(fēng)能資源的精細化評估，同時也可為風(fēng)電場的動力學(xué)設(shè)計和風(fēng)電量預(yù)報提供技術(shù)支撐，還需要有風(fēng)電場和風(fēng)機尺度的微小尺度數(shù)值模式。

“總之，我們的目的是要真正實現(xiàn)多尺度的風(fēng)場模擬和預(yù)報，這也是我們要攻克的關(guān)鍵技術(shù)難題之一?！焙钦f。

極端氣候?qū)︼L(fēng)能開發(fā)的影響

“2003年13號臺風(fēng)‘杜鵑’、2006年1號臺風(fēng)‘珍珠’和8號臺風(fēng)‘桑美’分別造成了廣東汕尾紅海灣風(fēng)電場、南澳風(fēng)電場和浙江蒼南鶴頂山風(fēng)電場的風(fēng)機嚴重損毀。”談到極端天氣氣候?qū)︼L(fēng)能資源開發(fā)的影響時，羅勇說，以前，在設(shè)計風(fēng)電場的時候，對極端天氣氣候的影響討論不多，例如東南沿海的臺風(fēng)究竟有多強，會對風(fēng)電場造成多大的影響?，F(xiàn)在這些問題卻成為風(fēng)能資源開發(fā)必須首先解決的關(guān)鍵問題，尤其要考慮極端天氣或氣象災(zāi)害的影響，如強沙塵暴、強風(fēng)、強臺風(fēng)、覆冰、雷擊等。


胡非同樣指出，如何根據(jù)極端氣候環(huán)境條件指導(dǎo)風(fēng)電場建設(shè)的宏觀布局和重點地區(qū)，如何科學(xué)評估不同地區(qū)風(fēng)電場建設(shè)的氣候風(fēng)險（主要是因極端氣候環(huán)境條件對風(fēng)電場造成破壞的幾率）是目前風(fēng)能開發(fā)中的重要科學(xué)問題。例如，熱帶氣旋、龍卷風(fēng)、爆發(fā)性溫帶氣旋、低溫、風(fēng)暴潮、海冰等惡劣氣候環(huán)境會嚴重影響風(fēng)電場的安全運營，其中熱帶氣旋的影響最甚。

胡非舉例說，目前，對大氣邊界層中風(fēng)機高度范圍內(nèi)的熱帶氣旋風(fēng)特性仍缺乏深入的了解，不能為沿岸和近海風(fēng)電場設(shè)計提供可靠的空氣動力學(xué)參數(shù)，風(fēng)電場規(guī)劃和建設(shè)缺乏氣候風(fēng)險分析依據(jù)。

“在全球氣候變化的大背景下，只有在科學(xué)認識中國風(fēng)能資源的過去變化事實及其成因，并對未來可能的變化趨勢作出較為準確的預(yù)測的基礎(chǔ)上，才能實現(xiàn)中國風(fēng)能資源的大規(guī)模可持續(xù)開發(fā)利用，為風(fēng)電場的宏觀布局和微觀選址提供科學(xué)依據(jù)。如，中國的風(fēng)能資源過去是如何變化的？未來演變趨勢如何？能否可持續(xù)地利用？”胡非說。

風(fēng)能資源監(jiān)測和預(yù)報系統(tǒng)

由于風(fēng)能的廣泛利用，越來越多的風(fēng)電企業(yè)需要準確的預(yù)報服務(wù)。風(fēng)電企業(yè)對風(fēng)能短期預(yù)報的需求是：需要發(fā)電量的預(yù)報而不是風(fēng)速的預(yù)報；提前一天發(fā)布36～48小時內(nèi)的逐時預(yù)報；給出預(yù)報可信度；提前幾天的中期預(yù)報對規(guī)劃和管理維護十分重要。

“現(xiàn)在的天氣和氣候模式基本上都還不能對風(fēng)電場尺度的風(fēng)速分布作出精細的預(yù)報?！焙钦f，要大規(guī)模建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場必須提高已建風(fēng)電場的風(fēng)電量短期預(yù)報水平。

羅勇也指出，由于電網(wǎng)電力調(diào)度的需要，風(fēng)電上網(wǎng)需要估計其可發(fā)電量。在這方面，中國現(xiàn)有的風(fēng)電場主要是根據(jù)天氣預(yù)報結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件開展了一些風(fēng)電預(yù)報工作。2006年6月，中國氣象局成立風(fēng)能太陽能資源評估中心。該中心已開始做一些風(fēng)電量預(yù)報方面的工作?！拔覀冋诤蛢蓚€風(fēng)電場合作作一些風(fēng)電量預(yù)報系統(tǒng)的建設(shè)和開發(fā)?！?

“不過這些還遠遠不夠，目前亟須建立專門服務(wù)于風(fēng)電場風(fēng)電上網(wǎng)調(diào)配的風(fēng)能資源監(jiān)測、預(yù)報系統(tǒng)?！绷_勇指出。