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風(fēng)能開發(fā)中的幾個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題

《科學(xué)網(wǎng)》2008年5月14日?qǐng)?bào)道 風(fēng)能開發(fā)的重要性已無可爭(zhēng)辯，進(jìn)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(guó)家氣候中心副主任、中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源評(píng)估中心主任羅勇研究員和中國(guó)科學(xué)院大氣物理所研究所研究員胡非在接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》采訪時(shí)，不約而同地強(qiáng)調(diào)了這一觀點(diǎn)。

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(xì)化評(píng)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(jìn)行風(fēng)能資源的詳查。這些科學(xué)方法包括改進(jìn)和發(fā)展國(guó)際上已有的風(fēng)能資源評(píng)估理論和方法、建立適合于中國(guó)氣候和地形特點(diǎn)的風(fēng)能資源精細(xì)化評(píng)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(dòng)能資源（風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂高度一般不超過120米），因此，必須詳細(xì)了解在中國(guó)風(fēng)機(jī)高度范圍內(nèi)（120米以下）的風(fēng)能資源總儲(chǔ)量是多少，哪里是中國(guó)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(guó)風(fēng)能資源評(píng)估主要采用的是氣象臺(tái)站10米高度上的常規(guī)測(cè)風(fēng)資料和少量測(cè)風(fēng)塔資料，受氣象臺(tái)站空間分布密度、測(cè)風(fēng)塔資料序列較短以及尚未建立適應(yīng)中國(guó)季風(fēng)氣候特征和地形特點(diǎn)的精細(xì)化評(píng)估理論和方法等因素的限制，尚不能準(zhǔn)確地給出風(fēng)機(jī)高度上的風(fēng)能資源總儲(chǔ)量以及精細(xì)化（水平分辨率達(dá)1公里，垂直分辨率達(dá)10米；下同）的地區(qū)分布特征。因此，要實(shí)現(xiàn)中國(guó)風(fēng)能資源的大規(guī)?？沙掷m(xù)開發(fā)利用，必須首先詳細(xì)了解中國(guó)風(fēng)機(jī)高度上的風(fēng)能資源的具體分布區(qū)域。

羅勇進(jìn)一步強(qiáng)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(chǎng)的微觀選址，還需建立適合于中國(guó)季風(fēng)氣候特征和地形特點(diǎn)的風(fēng)電場(chǎng)微觀選址模型，才能實(shí)現(xiàn)風(fēng)能資源的精細(xì)化評(píng)估，其結(jié)果才能更好地應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)。

為了進(jìn)行風(fēng)能資源的精細(xì)化評(píng)估，同時(shí)也可為風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和風(fēng)電量預(yù)報(bào)提供技術(shù)支撐，還需要有風(fēng)電場(chǎng)和風(fēng)機(jī)尺度的微小尺度數(shù)值模式。

“總之，我們的目的是要真正實(shí)現(xiàn)多尺度的風(fēng)場(chǎng)模擬和預(yù)報(bào)，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(hào)臺(tái)風(fēng)‘杜鵑’、2006年1號(hào)臺(tái)風(fēng)‘珍珠’和8號(hào)臺(tái)風(fēng)‘桑美’分別造成了廣東汕尾紅海灣風(fēng)電場(chǎng)、南澳風(fēng)電場(chǎng)和浙江蒼南鶴頂山風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p毀。”談到極端天氣氣候?qū)︼L(fēng)能資源開發(fā)的影響時(shí)，羅勇說，以前，在設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)的時(shí)候，對(duì)極端天氣氣候的影響討論不多，例如東南沿海的臺(tái)風(fēng)究竟有多強(qiáng)，會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)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(qiáng)沙塵暴、強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)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(chǎng)建設(shè)的宏觀布局和重點(diǎn)地區(qū)，如何科學(xué)評(píng)估不同地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的氣候風(fēng)險(xiǎn)（主要是因極端氣候環(huán)境條件對(duì)風(fēng)電場(chǎng)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(huì)嚴(yán)重影響風(fēng)電場(chǎng)的安全運(yùn)營(yíng)，其中熱帶氣旋的影響最甚。

胡非舉例說，目前，對(duì)大氣邊界層中風(fēng)機(jī)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(chǎng)設(shè)計(jì)提供可靠的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)，風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃和建設(shè)缺乏氣候風(fēng)險(xiǎn)分析依據(jù)。

“在全球氣候變化的大背景下，只有在科學(xué)認(rèn)識(shí)中國(guó)風(fēng)能資源的過去變化事實(shí)及其成因，并對(duì)未來可能的變化趨勢(shì)作出較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，才能實(shí)現(xiàn)中國(guó)風(fēng)能資源的大規(guī)?？沙掷m(xù)開發(fā)利用，為風(fēng)電場(chǎng)的宏觀布局和微觀選址提供科學(xué)依據(jù)。如，中國(guó)的風(fēng)能資源過去是如何變化的？未來演變趨勢(shì)如何？能否可持續(xù)地利用？”胡非說。

風(fēng)能資源監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)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(zhǔn)確的預(yù)報(bào)服務(wù)。風(fēng)電企業(yè)對(duì)風(fēng)能短期預(yù)報(bào)的需求是：需要發(fā)電量的預(yù)報(bào)而不是風(fēng)速的預(yù)報(bào)；提前一天發(fā)布36～48小時(shí)內(nèi)的逐時(shí)預(yù)報(bào)；給出預(yù)報(bào)可信度；提前幾天的中期預(yù)報(bào)對(duì)規(guī)劃和管理維護(hù)十分重要。

“現(xiàn)在的天氣和氣候模式基本上都還不能對(duì)風(fēng)電場(chǎng)尺度的風(fēng)速分布作出精細(xì)的預(yù)報(bào)?！焙钦f，要大規(guī)模建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)必須提高已建風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電量短期預(yù)報(bào)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(jì)其可發(fā)電量。在這方面，中國(guó)現(xiàn)有的風(fēng)電場(chǎng)主要是根據(jù)天氣預(yù)報(bào)結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件開展了一些風(fēng)電預(yù)報(bào)工作。2006年6月，中國(guó)氣象局成立風(fēng)能太陽能資源評(píng)估中心。該中心已開始做一些風(fēng)電量預(yù)報(bào)方面的工作?！拔覀冋诤蛢蓚€(gè)風(fēng)電場(chǎng)合作作一些風(fēng)電量預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)和開發(fā)。”

“不過這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，目前亟須建立專門服務(wù)于風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電上網(wǎng)調(diào)配的風(fēng)能資源監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)系統(tǒng)。”羅勇指出。