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国家气候中心在海上风电领域的研究成果

作者:中国储能网新闻中心 来源:北极星风力发电网 发布时间:2014-08-01 浏览:

中国储能网讯:7月3日,在7月3日上海国际海上风电及风电产业链大会“海上风电关键技术”专场,国家气候中心研究员张秀芝介绍了国家气候中心在海上风电领域的研究成果。北极星风力发电网整理现场内容如下:

 

【张秀芝】:大家下午好。我今天大概是三个问题,因为给我的时间是20分钟,所以我把后面的两个问题也删掉了,因为讲不透索性就不要讲了。

 

今天首先介绍一下国家气候中心最近几年做的事情。我为什么现在讲这个事情呢?因为从今年的4月份开始,中国气象局给国家气候中心重新下达了命令,我们要针对风电开发这方面做一些前端研究。大家知道我们原来的太阳能评估中心主体移到了另外一个中心,他们的重心移到一些服务方面的东西。我们是对前面的一些基础性的问题进行研究。我想谈一谈最近关于海上我们做了一些什么事,我们未来还想做什么事。如果感兴趣的话,或者你有具体的问题可以跟我们联系,我们可以做下去。

 

第二个问题和第三个问题是什么问题呢?我陆陆续续碰到了很多业主、主机商、部件商也给我提很多问题。比如说有的随着气候变化,气球在变暖,我们的台风越来越强,越来越多,问我是不是这样。我难以回答你一个准确,而且我在这种场地跟你讲,我又没法儿把全中国讲清楚。我只能拿一个海区作为一个例子来讲。还有一个我们的风电技术,我们跟欧洲的风况是不一样的,我们应该怎么样面对中国的风资源。另外一个大家做可研的时候五花八门的,对这个风速到底去几年平均多少年是代表年,幅度有多大是合理的。这些问题很困扰大家,所以我对这些问题集中的把类似像答疑一样的,我做的一些结果和我的看法提出来,希望对大家有所收获。

 

首先介绍一下我们这几年做了什么?08年到09年其中做了两个课题,是关于欧盟项目跟海上有关的,一个是开发指南,一个是台风对电力的影响。我们出了两本书,我也觉得很遗憾。因为欧盟项目要求的时间非常非常的紧,这本书里面我现在都觉得有些地方是太急躁了,做的比较粗一点,我现在把计划这两本书合在一起再版,把我最近几年新的结果、新的体会加进去。这里面成果就不讲了,因为都在这两本书了,可能大家都买过,我也在不同的场合都送过。

 

另外一个就是我们现在执行了两个科技部的项目,跟终端合作的项目。这个跟海上也有关系,跟台风也有关系。第二个项目,朱容(音)总公共服务中心回到了国家气候中心。所以现在国家气候中心的力量,为什么国家把前端研究的这一块压到我们这边来,跟他回来,我们两个人带着各自的团队集中起来做了一些事。他这部分主要用三个卫星资料和模式合在一起来做了一个海上的风资源评估的一个建议做的更好更细的工作。这个工作在明年年底才结束,这是他中间的一些结果,这就是他一个过程,这三种不同的卫星资料,通过把这个卫星资料放到模式里面,跟模式的结果进行同化,最后得到一个更合理更细近海的风资源。

 

我们最近也做了几个关于业主方面委托,关于台风对广东风电开发的影响。因为广东的规划出来之后,他们做了一个对广东整个规划区域里的台风状况做了一些分析。因为中海油的油田集中在渤海湾和北部湾,这两个湾相对来小一点,但是他想利用他将来废弃平台不用彻底拆掉来做这些事。那个都是比较零散的没有必要详细的说,我会融入到后面的工作里面。

 

我们几年重要的是用了三年的时间才做了这一件事,就是关于海上台风型风电机组国标。这里面我主要是对REC标准里面一些重要的气象参数一项一项,用我们搜集到的台风资料进行验证。验证完了以后我们得到了一些结果,就是说哪些参数在REC标准是没有问题的,我们可以沿用在台风区域里面,哪几个参数是需要修改的,我们最后得到的是这样。我们一共收集到了22个台风个例,最后经过筛选有些台风数据不好的,实际上经过那里的,不太规范的台风摔下了,剩下了189个。189个个例一部分是属于台风外围。台风外围的定义是什么呢?我这个测风塔离台风100公里以外,他就是台风外围,因为他方向不明显,风速变化也不是很显著。

 

这张图是湍流强度,这三条线分辨是我们的REC里面ABC这条曲线。基本上台风外围我们是可以满足的。这些点子是90%的分位数,因为REC标准里面是按照湍流90%分位数的为标准的。可以看到台风外围你不用管,REC里面已经包含了。这是第一个结论。

 

第二个结论,他跑出去很多,这是90%的分位数这一部分就超出。这部分我们进一步分析是什么原因,什么情况下超出了?这一张分了地形,看一看是什么地形下是超出的,什么地形下不超。这是海上的,你看他不超。当然我们现在海上的个例不够多,去年我收获了5个台风个例没在这里面。因为太晚了,那个加进来可能也不会改变。这两个是平台地形下的。或者是海边有防护林的也没什么问题。有问题的就是这个,这个是丘陵,我们知道浙江、福建和广东沿海他小山包很多,我们定义的260米以下的山因为他是低丘。超过300以上的我们认为他就是山地,沿海山地不能拿内陆的山地几千米去比,这样的山地就很复杂的。这样做下来,就是丘陵超过了,但是超过了不大。山地远远超过了。通过这个我们就知道山地下就会有问题,丘陵下也会部分有问题。

根据这样一个状态,我们统称这两种为复杂地形对原有REC标准进行了修改,这就是我们提出了一个复杂地形REC标准要使用这样一个公式,就是说NTM模型,我们希望是这个的样子。这个就写进了标准里面,这个标准里面也有。

 

有关湍流强度的都有。我们标准里面所有设定是湍流不随高度改变,我们都有这样一个假定。我们会看是不是什么地形下都不改变,什么地形下改变大?这是海上,他垂直变成很小,你可以说他不太改变。这是山地,所有的山地在某一个高度风速都有问题,就是这个高度上大概是30米到50米中间。这几个平台地形、丘陵变化地层湍流变化大,这个非常明显。特别是防护林,防护林因为里下面有林子有树,所以他湍流强调变是很自然的。这三种地形合一起拉开了,所以就是说,不同的地形下我们的标准里面定义的湍流强度不随高度改变这个是有点问题的。这个是关于湍流强度的结果。

 

风速垂直切变,我这里给出了两组图,70米高度和100米高度。为什么?我要给两组图。因为相对来讲,70米都是在稍微复杂一点的地形,或者早期塔的建是70米。到后期了随着风机越来越大,所以后期有一些100米的就塔建起来。但是100米的塔相对来讲如果山地,如果是丘陵的话,他也相对在山顶上比较平一点的,他要补的话这样根本建不了塔的。这两组图给出来的结果是有差别的,100米的塔他就没有山地了,因为山地很高的没法建100米的塔,建起来很困难。你看这100米的塔里面,这是海上很好,他垂直变化很小,这是符合大家一致的想法。这是山地,这是丘陵,这几组都是有变化的。这个仍然就是山地跟刚才的湍流垂直变化是一样的。所以不同的地形下,我们的切边系数是不一样的。

 

另外一个关心的问题,因为REC标准里面是10分钟最大风速和3秒钟的瞬时风速是给了一个1.4的关系式。这里我们想大家告诉,因为台风条件下都是大风了,我除掉了当中一些小风的状况,这个数得出是15秒以上,也就是7级风以上的风速下的台风影响下,基本上看出来整个是1.25,海上就更小一点。另外看到垂直变化,海上几乎上下变化很小。这种规律是湍流强度和风的垂直切边,这种关系几乎是不同的地形下差不多是一致的,就是说地形越复杂,他的变化也越复杂。

 

这就是对标准里面一些最主要的结论,说实在话,这个事情做做了三年,带着三个人做了三整年了。非常非常的不容易,我就收集到了一两百测风塔的数据就费了很大的劲,好在是很多的业主非常非常的支持。有的我只要一个电话打过去,大家都非常高兴的把数据给了我。在如果有有关业主在这里的话,比如龙源的,大堂的,华能的、这些业主给了我很多很的支持,非常感谢大家。因为做一个东西没有大家的支持是很难做出来的。

 

另外一个关心的结果就是这个结果。大家很关心的就是REC里面的极端风向变化是不是合理的,是不是可用在台风下?我们的结论是99版的给出的标准是可以的,这个就涵盖不了。05版的有所改变,所以他有些点子就落到外面去了。

 

第二个结论就是风速相干的变化,这个绿线标准里面的,所以基本上是符合的。是什么概念呢?就是说我风速又大,方向改变一般没那么快,风向改变的最大的时候是在什么时候呢?就是在台风也经过的时候,风速降下来了,风向又转的非常的快,这个时候他是风向改变最快的时候。但是你风速不大了,因为在这个里面他是风速和风向两个要素是控制的,所以在这个里面是不超,你要把风速单独拿出来看他是超的。

 

这是REC标准给定的一个标准,我们现在收集到了多少个个例?去年13年等等了几个台风个例没来得及做进去。这是前两年的,一共有14个热带气旋的个例。14个有的热带气旋里面拿到好几个个例,所以看到这里面有16个个例。这里面有15个测风观测到的,我很高兴业主的支持,我分别在广东和福建在业主的塔上装了这种仪器,获得了一些观察个例。我拿这些个例综合起来在16个得出了一个结论,就是陆的基本上是0.76到0.96之间,如果平均下来是0.86。海上就少了,海上因为个例也少,5个个例,做下来海上是0.78到086,5个个例平下来是0.8。所以他们的关系差不多,跟REC标准是一样,这个问题不大。

 

现在随着个例仪器都在塔上待着,今年刚刚过去拿到了南澳附近的台风又拿到了一个个例,希望今年收回几个个例,这个是跟标准有关的结果。另外标准里面这边还有一些东西,在这边就没有办法讲,只能挑一些重要的说一下。

 

在进入下一个议题的时候我们会未来做什么,这个没有写到PPT里面了,这个话怎么讲呢?大家都在讲感到很遗憾,说我们海上的业务可能完不成了。我觉得没什么遗憾的,反而倒觉得这是一件好事。为什么这么说呢?前面国外两位专家谈了很多的经验,他们经验是在犯错误中间积累起来经验。对于我们来讲还没做还没有犯错误,现在有机会慢慢的吸收人家的经验,少犯错误。这是我的看法,我不知道大家认同不认同。正因为防慢了速度所以我们有机会。你要是两年前开始了,我前面的工作还没出来呢,就更谈不成了。我觉得前面的工作对海上风电已经是有用的了。

 

所以未来我会继续观测,会继续做海上的东西。未来气候中心给我的任务做一个海上风电开发的气球区划。就是说把风资源和海况、浪、潮、流都结合在一起,还有能见度,因为能见度也影响我们的施工的。对这些可施工的条件和风资源放在一起做一个海上风电的区划来指导大家将来在可言,做规划、选址这些问题。我也希望我们可以一起,因为我们是搞风资源的,也希望一些搞施工的、搞运营的…至少给我们提一些建议,我们可以做的跟合理一些。

 

下面我就进行第二个议题,这个问题是这样的。好几个版本,7.5亿,也有2.5亿,2个亿,到底是多少个亿?这是朱容带着他的团队做的一个结果。但是我的观点这个结果就做不出来,因为你有很多很多不可做的东西,到底有多少?这是一个结果,至少不是7.5亿。

 

这个问题是想说什么呢,我们的机组,包括我们海上的风电技术的技术和陆上都是引进了国外的。我们的风资源是什么特点呢?我们的机组如何适应我们的风资源特点。通过这张图,你看,这是一个相当于50年一遇的一张图,年平均风速没有拿出来。我只想说大家关注这张图,这张图是相当于欧洲来讲这个关系是成立的,大家看这个关系对我们来讲是50年一遇和年平均风速是5倍的关系,在我们中国来讲是不是成立的?蓝点是成立的,这两个颜色是成立的。你看哪里不成立?浙江沿海、广东沿海,福建沿海还凑合。原因就是浙江沿海一直到广东沿海风不大,但是50年一遇很大。年平均风速大,我这里写了一个福建除外。福建是50年一遇没有这两个大,但是年平均风速大。所以这样一个前提下,我们的基组你就要考虑了,不是说你什么都行。这是一个机组的问题。

 

第二个问题是年平均风速,年平均风速这句想说什么呢?还是配合我们50年一遇。另外这个匹配实际上这里的年平均风速并不是很大,但是这里的50年一遇很大。所以跟前面那张片子是陆地沿海的,这个是海上的,海上照样是一样的,就说明你做海上基组时候你要注意这个问题。

 

现在我们仍然在说我们的海上风资源非常丰富,不是。我可以告诉大家,真的不是。除了福建沿海之外很丰富,年平均8.5,甚至10m/s都有的,除了他以外别的到不了。你看这一片是多少你就知道了,你看人家是什么样的?人家是500到1000。我们是300到500,400到600,600到1000就是到这儿了,其他都不是了。所以我们不能说我们的风资源非常丰富。这张片子想说明什么问题呢?我们相对于欧洲的风况来讲,这些区域就相当于现在陆地上低风速风场一个道理。这个比较不知道合不合适,也就是相当于那个,但是绝不是陆地上你把叶片做大就行了,绝不是这个概念。所以业主也好,主机商也好,对这个问题值得关注。我们的风资源就是这样一个状况。

 

下面这个问题是大家反反复复问我的,就是可研评审里面有遇到很多问题。我们做季候订正的时候,很挠头的一件事我到底是选5年还是10年作为一个平均年来算,到底是多少年。按照WMO的标准,一个标准的季候值应该是30年,我们风电的标准是20年。如果要是拿20的话,你从我们的气象站你去找去,真是不多的。好在沿海地区找了18个相对好的站来回答大家这些问题。我回答的就是用多少年比较合理?这个幅度多大才可以,只供大家一个参考。

大家可以看这18个站,我统计出来的,如果一个变化周期3到5年,或者4到7年这样一个变化周期。所谓变化周期是什么概念呢?就是说一个高的到低的,一个低的再到一个高的,一个最低循环是多少年,这个周期大家很容易理解。就是我们用一种方法做出来的,这个红是很明显的这里有两个周期,3到5年的,这个是9到14、15年。为什么会有一个偏大的,会有一个3到5年?你看这两个数据,他是发生了明显的前后的转变,所以他才会有这种状况。相对来讲,如果是这样的话,你拿不到20年的数据,你用10年至少保证你是相对比较稳定。这个你那到20年、30年去用问问题不大,他没有一个明显的下降趋势。有一个6到10年是属于长久期的,还有几个是个别的情况,像这种情况下你就很难找到一个完整的,沿海地区这种还是可以的。

 

因为现在从04年到05年,气象站改变的自动观测以后差不多十年了,马上就到十年了。所以这个数据如果用一个十年的数据做一个平均的话,基本上包括一个完成的周期,所以大大小小都能碰得到的。这是站就是我说的最好的站,山东的成山头,这个山上树也种不了,房子盖不了,所以他保证完好。

 

幅度有多大,你最大可以订正到多大?这个统计当中,有大概少于10%的。我不能讲秒米,我是用一个相对的百分数据去说,大概有8个,还有7个大概是10%到13%,另外一个是18%,18%就是明显的降下来的,这个值和这个值是差很多了。什么意思呢?也就是说你订正的心中有数,你订正的在海上的这种风资源因为他风大,他的年与年之间的变化自然也会大。最大的和最小的这种差别,你觉得这个很大了吧,可是他的只有5%到7%上下的变化幅度。这种偏大都稍稍有一点,每个站我都看了,稍稍有一点某种程度的降低成分在里面。这种就更明显了。大家不要以为光是盖楼房影响,种了树也会影响你风速的变化。这个问题就讲清楚了。

 

好多人问我在关于北边开风场的业主问我,台风是不是有一个说法,气候变暖,台风在增强。正好前两年北上台风增多了,告诉你这个问题。对于长江口,包括杭州湾的,浙江以北多半情况是这样的,从台湾这里登陆,然后到福建登陆,有的从浙江登陆然后出海。这种台风都是你最好的机会,赶紧发电吧,到你这儿什么劲都没了,对你来讲是非常好的。

 

这一类如果很靠边是对江苏是有问题的,但是他的强度,江苏那边台风上去了他的强度也没那么大,原因是什么呢?首先到那去,台风是7月底8月初,这个时候台风的强度就没那么强了。台风海温是26.5度以上,从这里往上没那么高的海湾了。再往上走他只有减弱的可能性,加强的可能性不大。你就看这个就行了,红色越红越强,所以首先强度本身就不会加强。另外一个在这里,一般情况部下会很靠岸,多半就是这样就往下去了,很多就是这样转向日本了,我没话说了。还有几个是这样的,这样正面登陆的对杭州湾、上海和江苏的南部是有一定风险的。

 

下面的问题就是告诉大家到底是增多了还是减少了?这是三张图合在一起结果做的,当然大家觉得最近往上走的是不是有点增多了?是的,但是你要看这个北上登陆如果区分开的话,你觉得他是增多了还是减少了?这些年逐渐在减少,根据我们的经验,根据这些趋势变化,这些年是增多的。他总是什么事情变化都有一个周期,很有可能这个周期就回来了。就是这个偏大的周期,偏多的周期很有可能回来了。但是回到什么程度我不敢说,因为台风的东西随机性太大了,不好预测。只是根据这种变化周期你如果这么看的话,他应该是差不多有一个反弹的周期了。这是一个初步的推测,但是至少不能说我的强度有多强,对江苏沿海。因为我刚才说的,26.5海温的那里机会不是太多了。谢谢大家。

 

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关键字:海上风电

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