氣候變化對(duì)中低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電出力影響分析

氣候變化對(duì)中低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電出力影響分析摘要：目前，我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的發(fā)展也有了很大的提高，風(fēng)電是發(fā)展最快的可再生能源之一，隨著風(fēng)能在全球范圍內(nèi)大規(guī)模發(fā)展，人們開始關(guān)注大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)的部署及運(yùn)行對(duì)生態(tài)環(huán)境和氣候的影響。通過(guò)調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)歸納了風(fēng)電場(chǎng)對(duì)氣候和生態(tài)環(huán)境的影響：一方面風(fēng)機(jī)的架設(shè)改變了原有空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度高度，加強(qiáng)了下墊面對(duì)湍流的阻擋作用，直接影響邊界層湍流運(yùn)動(dòng)，改變?cè)嘘懙乇砻婧徒貙哟髿庵g的物質(zhì)能量和水分交換的強(qiáng)弱程度和模式，影響大氣環(huán)流和氣候；另一方面由于風(fēng)力渦輪機(jī)將一部分風(fēng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)生風(fēng)機(jī)尾流效應(yīng)，改變了邊界層中大尺度運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的收支模式與時(shí)空分布，導(dǎo)致大氣各種通量（熱量通量和水汽通量等）的變化，對(duì)溫度、降水和風(fēng)速等產(chǎn)生影響。通常情況下，風(fēng)電場(chǎng)對(duì)近地面的增溫或降溫效應(yīng)與大氣的層結(jié)穩(wěn)定性有關(guān)。盡管如此，在全球氣候模式中的模擬結(jié)果表明，風(fēng)電場(chǎng)對(duì)全球氣候的平均影響很小，其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溫室氣體排放引起的預(yù)期變化和自然氣候的年際變化。風(fēng)電幾乎不排放二氧化碳和污染物，與其他傳統(tǒng)能源相比，減少水資源消耗，同時(shí)可能破壞動(dòng)物棲息地、鳥類碰撞和產(chǎn)生噪聲視覺等一些消極生態(tài)影響，但是可以采取相應(yīng)的一些措施來(lái)減緩這些不良影響。關(guān)鍵詞：氣候變化；中低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)；發(fā)電出力影響分析引言風(fēng)力發(fā)電以風(fēng)能為一次能源，易受氣候條件的影，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度下氣候模式的變化比較敏感。氣候變化可能明顯地改變風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)分布特性，影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出。因風(fēng)能與風(fēng)速的立方呈比例，長(zhǎng)時(shí)間尺度上氣候模式變化導(dǎo)致的平均風(fēng)速異動(dòng)對(duì)中低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)的影響更為突出。1概述陸氣之間的物質(zhì)能量交換直接影響大氣環(huán)流和氣候變化。地表附近的湍流流動(dòng)是邊界層摩擦力、蒸散發(fā)和熱量輸送等共同強(qiáng)迫的結(jié)果，太陽(yáng)輻射被地表吸收后，一方面發(fā)射長(zhǎng)波輻射，另一方面邊界層的湍流運(yùn)動(dòng)將熱量和水汽向上輸送給近地層大氣。邊界層湍流運(yùn)動(dòng)是大氣運(yùn)動(dòng)的最基本特征，也是陸地表面和近地層大氣之間的物質(zhì)能量和水分交換的主要方式，與大氣穩(wěn)定度和粗糙度擾動(dòng)等直接相關(guān)。地表粗糙度是影響陸氣之間物質(zhì)能量和水分交換的動(dòng)力因子，影響陸氣間物質(zhì)能量交換過(guò)程的強(qiáng)弱。大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機(jī)的架設(shè)一方面使得地表粗糙度增加、摩擦力增大，影響邊界層湍流運(yùn)動(dòng)，改變?cè)嘘懙乇砻婧徒貙哟髿庵g的物質(zhì)能量和水分交換的強(qiáng)弱程度和模式，影響大氣環(huán)流和氣候；另一方面由于風(fēng)力渦輪機(jī)將一部分風(fēng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)生風(fēng)機(jī)尾流效應(yīng)，改變了邊界層中大尺度運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的收支模式與時(shí)空分布，導(dǎo)致大氣各種通量（熱量通量和水汽通量等）的變化，對(duì)溫度、降水和風(fēng)速等產(chǎn)生影響。2重要性作為新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟而又適合大規(guī)模開發(fā)的發(fā)電形式，風(fēng)力發(fā)電以其零污染、零排放的特點(diǎn)成為近十年來(lái)全球發(fā)展最為迅猛的新能源類型。作為風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的前期準(zhǔn)備工作，風(fēng)能資源評(píng)估需要在候選場(chǎng)址進(jìn)行完整年份的測(cè)風(fēng)；根據(jù)測(cè)風(fēng)塔高度風(fēng)速數(shù)據(jù)與鄰近氣象臺(tái)站風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建兩者之間的相關(guān)關(guān)系；再籍此評(píng)價(jià)候選風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速及風(fēng)能的多年均值及年際變化。需要指出的是，風(fēng)能資源評(píng)估隱含默認(rèn)氣候模式固定，并沒有考慮到長(zhǎng)時(shí)間尺度上氣候模式變化對(duì)年均風(fēng)速的影響。我國(guó)及北半球大量地面氣象站點(diǎn)的風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)站點(diǎn)的年均風(fēng)速在長(zhǎng)時(shí)間尺度上呈下降趨勢(shì)。其原因可能是氣候變化導(dǎo)致高緯度高寒地帶明顯升溫，高低緯度帶間溫差的下降影響了其間的氣壓差和風(fēng)速分布。因一次能源來(lái)自于風(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電直接受氣候條件的影響，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度下氣候模式的變化較為敏感。氣候變化可能明顯改變風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)分布特性，影響風(fēng)電出力與投資效益。如2014年，我國(guó)來(lái)風(fēng)情況普遍偏小，整體較往年偏小8%-12%。受此影響，全國(guó)風(fēng)電年利用小時(shí)數(shù)為1893h，同比下降181h。當(dāng)前我國(guó)北方大面積推廣風(fēng)電供暖，但在長(zhǎng)時(shí)間尺度上風(fēng)資源水平下降的條件下，就可能出現(xiàn)風(fēng)電可用上網(wǎng)電量不足、無(wú)法滿足低價(jià)風(fēng)電供暖用電需求的風(fēng)險(xiǎn)。3風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行優(yōu)化3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)中控室的監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)變化及運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常變化趨勢(shì)時(shí)，通過(guò)監(jiān)控程序的單機(jī)監(jiān)控模式連續(xù)監(jiān)視該機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、采集數(shù)據(jù)的變化情況，并根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的處理措施，預(yù)防設(shè)備損毀、風(fēng)機(jī)停運(yùn)等事故的發(fā)生。定期到每臺(tái)風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)將風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，不僅要通過(guò)目視觀察等直觀方法對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組外觀進(jìn)行巡檢，還要耗費(fèi)大量時(shí)間登上風(fēng)機(jī)機(jī)艙對(duì)其內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行巡檢。若發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時(shí)報(bào)告處理，查明原因，排除隱患，避免事故發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失。3.2升壓站變電及配電設(shè)備運(yùn)行人員除通過(guò)中控室監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)升壓站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、事件信息監(jiān)控以外，還要定期巡檢升壓站變電及配電設(shè)備，記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行記錄制定相關(guān)的維護(hù)工作計(jì)劃?rùn)z修維護(hù)設(shè)備。3.3集電線路風(fēng)電場(chǎng)地理位置偏僻、地形復(fù)雜、氣象條件惡劣、交通不便，一般采用人員登高或借助望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行巡檢，檢查線路上設(shè)備是否存在缺陷。同時(shí)，由于風(fēng)電場(chǎng)的線路較桿塔位置分布較分散，設(shè)備負(fù)荷變化較大，無(wú)規(guī)律，且設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)氣象條件往往比較惡劣，輸送可靠性存在隱患。這時(shí)需要巡檢人員加大巡視檢查的力度，確保集電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。以上情況使得集電線路的運(yùn)維工作難度大，耗時(shí)長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)高。3.4風(fēng)電場(chǎng)對(duì)噪聲和視覺影響風(fēng)機(jī)引起的噪聲和視覺影響會(huì)給人們的生活帶來(lái)煩惱。風(fēng)機(jī)噪聲可以分為機(jī)械和空氣動(dòng)力兩種類型。機(jī)械噪聲是由于風(fēng)機(jī)部件如齒輪箱、發(fā)電機(jī)和軸承等運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的；空氣動(dòng)力性噪聲是氣流穿過(guò)風(fēng)機(jī)葉片時(shí)產(chǎn)生的。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，空氣動(dòng)力性噪聲也增加。機(jī)械噪聲主要是由風(fēng)機(jī)齒輪、轉(zhuǎn)軸等機(jī)械部件的活動(dòng)造成的；空氣動(dòng)力學(xué)噪音主要包括風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)噪音和湍流噪音。機(jī)械噪聲頻率低于1000Hz，而且機(jī)械噪音可以在設(shè)計(jì)階段通過(guò)增加隔音和防震支撐降低，因此空氣動(dòng)力學(xué)噪聲是主要的噪聲來(lái)源。當(dāng)風(fēng)速在8m/s左右或者更大時(shí)，由于風(fēng)本身的噪音可能完全掩蓋了風(fēng)機(jī)的噪聲，很難測(cè)量風(fēng)機(jī)的聲壓級(jí)別。風(fēng)速較低但足以使風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音更加值得注意。指出10m高度處的風(fēng)速為5.1m/s時(shí)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲是（48.5±1.6）dB，比周圍環(huán)境的聲音多出大約9dB。風(fēng)速為8m/s時(shí)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音范圍是98~104dB，人在500m遠(yuǎn)的地方感受到的噪音是33~40dB。已有的研究指出風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音聲壓級(jí)與其他社會(huì)噪音如公路交通、飛機(jī)等相比幅度很小。結(jié)語(yǔ)1）氣候變化在長(zhǎng)時(shí)間尺度上造成了較為明顯的風(fēng)速下降趨勢(shì)，傳統(tǒng)風(fēng)資源評(píng)估方法未考慮風(fēng)速的趨勢(shì)性變化，存在較明顯的缺陷。2)長(zhǎng)時(shí)間尺度上風(fēng)速下降具有較明顯的地域分布特征，內(nèi)陸地區(qū)站點(diǎn)風(fēng)速下降速度較快，而沿海站點(diǎn)風(fēng)速變化較平緩。3)變化風(fēng)速條件下，內(nèi)陸中、低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)對(duì)于長(zhǎng)期風(fēng)速的變化更為敏感，進(jìn)行此類風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)