海南风能资源分布特征及热带气旋对其开发影响研究

【摘要】：随着应对全球气候变化的迫切需求和常规石化能源的逐渐减少及其所带来的环境问题,清洁能源如风能太阳能等的开发利用越来越受到重视,并得到很多国家包括我国相应政策的扶持,相关开发技术的不断提升使其开发成本的明显下降也起到了重要的促进作用。当前,风能是最具有大规模开发潜力的可再生能源,其中近海风电开发则是未来可再生能源发展新的增长点。海南省是我国的海洋大省之一,其辖管的海洋面积广大,海上风能资源较为丰富,具有很大的开发潜力。一般而言,无论是陆地还是海上风能资源的开发,首先需对风电开发地的风能资源进行评估,为业主对其经济效益进行评估和政府审批等提供依据。根据相关规范与规定,对风能资源的评估需有开发区域对应的至少一年的测风资料。相对而言,陆上的测风资料较易获得些,而海上则不然,难度很大,因此现有的海上测风资料非常缺乏,若想获取相关海上开发区域的测风资料,需投入较大的人力和物力,且有限的测风资料空间代表性也有一定的局限性。然而,随着气象观测手段的多样化和数值模拟技术的发展,可供选择的用于陆地或海上的风能资源评估的技术逐渐增多。根据海南岛地形地貌及气候特点,结合我们开展过的相关研究,本文采用多种数值模拟技术对海南岛近岸和海上的风能资源进行评估,并分析其分布特征,以期为海南岛近岸和海上的风电开发规划和建设运营提供参考依据。此外,由于海南是受台风影响较为频繁的地区之一,台风对风电场的影响有利有弊。本文还有针对性地分析了影响海南台风的一些主要特征,及其对风电场建设的影响,并对风机的选型提出了建议。综上所述,本文得出如下主要结果:(1)海南岛受冬、夏季风影响为主,冬季盛行偏北风,夏季盛行偏南风。海南岛风速的空间分布呈沿海四周向内陆递减状态,沿海近岸地区则以西南部的东方地区和东北部的文昌地区风速较大,即这两个地区的风资源较为丰富。(2)海南近岸海域平均风功率密度空间分布特点与风速的空间分布特点基本一致。根据GB/T18710-2002风功率密度等级划分标准,东方感城风资源为3级,近岸地区如东方的旦场园、文昌月亮湾和木兰头、万宁的联丰和陵水黎安则为2级,均具有风电开发利用价值。(3)海南岛近海风能资源空间分布特征为西南部和东北部海域风资源较丰富,其他地区近海风能资源次之。海南岛的西南部和东北部海域的年平均风速超过8m/s,年平均风功率密度超过350W/m2。其中西南部东方感城近海风能资源北部好于南部,离岸25km范围内,风速每公里增加约0.5m/s,风功率密度增加约10W/m2;离岸10km以外的海域,垂直方向上风速变化较小。(4)根据热带气旋对风电场影响效果分类标准统计,效益型热带气旋为4.20个/年,约占60.2%;防御型为1.28个/年,约占18.5%;破坏型热带气旋为1.48个/年,约占21.3%。此外,台风影响时海南近岸陆地的湍流强度和垂直切变指数变化较大,与无台风影响时的差别也较大。(5)海南岛近岸70m高度层上50年一遇平均风速在41.5m/s到58.0m/s之间;东南海域受台风影响程度较其他沿海水域大,50年一遇风速大于45.0m/s;受雷州半岛和海南岛对台风的削弱作用,北部湾海域50年一遇最大风速则小于40.0m/s。总之,就陆地而言,海南岛西南部和东北部近岸地区具有较好的风能资源开发条件。相应地,综合风资源及制约海上风电开发的其他因素看,海南岛西南部和东北部海域具有较好的风电开发条件,可作为海上风电规划和开发的重点区域。另外,虽然影响海南岛效益型台风相对较多些,但因海上建设条件较为特殊及风速较大,风电场建设时仍需注意防范。同时,为确保风电机组的安全营运,在风机选型时除了考虑相关设计规范外,还应根据现场的实际情况进行恰当选取。本文的研究结果可作为地方政府规划海南近海风电开发的依据,以及业主开发海南近海风电场的经济效益评估参考,以利于促进海南近海风电的快速发展。 【关键词】：海南 近海 风资源 分布特征 热带气旋 风能开发
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK81;P444
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-11
• 第一章 绪论11-14
• 1.1 本文研究的目的和意义11-12
• 1.2 国内外风能资源评估方法现状和进展12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 第二章 资料来源与研究方法14-21
• 2.1 资料来源14-17
• 2.1.1 测风塔资料14-15
• 2.1.2 台站测风资料15
• 2.1.3 台风资料15-16
• 2.1.4 NCEP/NCAR再分析资料16
• 2.1.5 地形地表资料16
• 2.1.6 WEST对比所用测风塔资料16-17
• 2.2 研究方法17-21
• 2.2.1 空气密度17
• 2.2.2 平均风功率密度17
• 2.2.3 垂直切变幂指数17
• 2.2.4 湍流强度17
• 2.2.5 威布尔（Weibull）分布17-18
• 2.2.6 WERAS/CMA数值模拟系统18
• 2.2.7 WEST数值模式18-19
• 2.2.8 卫星反演海面风速原理与方法19
• 2.2.9 经验正交函数（EOF）19-21
• 第三章 海南岛陆地风资源特征分析21-36
• 3.1 引言21-22
• 3.2 全岛风况气候特征22-25
• 3.2.1 年平均风速空间分布特征22
• 3.2.2 年平均风向特征22-23
• 3.2.3 年平均风速变化特征23-24
• 3.2.4 风速季节变化特征24
• 3.2.5 月平均风速变化特征24-25
• 3.2.6 风速的日变化特征25
• 3.3 全岛风资源分布特征25-35
• 3.3.1 近岸陆地风资源分析25-30
• 3.3.2 全岛风能资源数值模拟30-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 海南岛近海风能资源分布特征分析36-42
• 4.1 引言36
• 4.2 WEST数值模拟36-39
• 4.2.1 模拟方案36-37
• 4.2.2 三十年风能资源的数值模拟和效果检验37-38
• 4.2.3 一年风能资源数值模拟和效果检验38
• 4.2.4 海南岛近海风能资源分布特征38-39
• 4.3 其他相关项目研究结果及对比分析39-40
• 4.3.1 项目介绍39
• 4.3.2 研究方法介绍39
• 4.3.3 研究结果及对比分析39-40
• 4.4 西南部东方感城近海风电场风能资源分析40
• 4.5 本章小结40-42
• 第五章 影响海南热带气旋的气候特征及对风电场开发影响分析42-55
• 5.1 引言42-43
• 5.2 影响海南热带气旋的主要气候特征43-45
• 5.2.1 源地和频数43-44
• 5.2.2 路径特征44-45
• 5.3 热带气旋影响下的最大风速空间分布特征45-48
• 5.3.1 热带气旋登陆海南岛时最大风速空间分布45-46
• 5.3.2 台风影响海南岛时最大风速EOF分型46-47
• 5.3.3 台风登陆前后最风速空间分布变化个例分析47-48
• 5.4 台风对风电开发影响的利弊分析48-49
• 5.5 台风影响下近地层风特性及风机选型分析49-54
• 5.5.1“彩虹”台风影响下的近岸湍流强度变化分析49-52
• 5.5.2“彩虹”台风登陆期间近岸垂直切变指数变化分析52
• 5.5.3 海南岛近岸与近海50年一遇最大风速52-53
• 5.5.4 风机选型分析53-54
• 5.6 本章小结54-55
• 第六章 总结与讨论55-58
• 6.1 全文总结55-57
• 6.2 特色与创新点57
• 6.3 存在问题和讨论57-58
• 参考文献58-61
• 在读期间研究成果61-62
• 致谢62

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