风能观测的目的是为了获取客观真实的测风数据,是风能资源评价、风电发展规划、风电场选址、风电场运行保障的基础。
我国自20世纪70年代起共进行了3次风能资源普查。70年到末期中国气象局首次完成了中国风能资源的计算和区划,80年代末又根据全国900多个气象台站实测资料(1980年以前的观测资料)进行了第二次风能资源普查,较为完整的估算出各省及全国距地面10m高度层上的风能资源理论总储量为32.26亿KW,技术可开发量为2.53亿KW。上述成果为我国风电前期发展规划制定提供了重要信息支撑。
随着风能开发利用的快速发展,2003年年底,国家发展和改革委员会(以下简称国家发改委)与中国气象局启动了第三次全国风能资源普查,使用了2400多个气象台站近30年的观测资料,对原来的结果进行了重新计算,把年平均功率密度在150W/m²以上的区域定为技术开发区,该区域内的风能资源储量为技术可开发量。得到的我国陆地上离地面10米高度风能资源理论总储量为43.5亿KW,技术开发量约为2.97亿KW,技术开发面积约为20万km²的结论。
这次普查的研究成果,被国家、各省发展和改革委员会直接应用到“十一五”期间和2020年风电发展规划,为我国风电新装机容量连续5年实现100%增长翻番,发挥了重要作用,促使国家、各省发展和改革委员会不断地调整2020年风电发展规划。
由于风电机组开发技术的发展,风电机组的塔筒高度从2005年的50 m已发展到70m(1500KW)和90m(2MW),而第三次全国风能资源普查使用的是地表10 m高度的观测资料,为了更有力地支撑风电的开发,2007年6月22日,国家发改委、财政部和中国气象局联合下发了“关于开展风能资源详查和评价工作的通知”,按通知要求,各省气象局根据风能资源详查区域申报标准,综合考虑风能资源条件、可装机面积、电网条件、工程地质、交通运输、环境保护等条件申报了风能资源详查区;2007年12月,国家发改委批复在全国建立400座测风塔(图4.1),其中,70m高测风塔329座,100m高测风塔71座,观测内容包括:风向、风速、气温、湿度、气压,以及风的梯度和脉动等。目前我国风能资源气象专业观测网已建成,获得了近8年的测风塔观测资料,全国及各省的风能资源详查和评估报告已编制完成并全部通过验收。其结果已为全国和各省制定风电发展规划提供更有力的支撑。

图4.1 全国风能资源专业观测网测风塔分布示意图
国家发改委在制定风能资源发展规划时,是以我国各地的风能资源状况、开发潜力和具体的开发计划或项目为依托的。风能资源状况、开发潜力主要是依据风能资源普查和详查的结果,我国近期的风电开发就是以10个千万千瓦风电基地(河北基地、蒙东基地、蒙西基地、甘肃酒泉基地、新疆哈密基地、吉林基地、江苏沿海基地、山东沿海基地、黑龙江基地、山西基地)为主体、以分散式风电开发作为补充的方式。千万千瓦风电基地的开发地域的确定就属于宏观选址;宏观选址注重的是大范围区域总的开发潜力。
在宏观上确定风电开发区域时,首先要考证预选区域的风能资源状况和可能的开发潜力。在这里既要用气象台站资料分析长年代(一般指近30年平均)状况,又要用近期梯度观测资料分析某一高度(如70m)的风能状况,再推算到代表年70m风能状况。宏观选址较注重的是,气候背景相同,风能资源参数相近,下垫面地形相近的区域,再铺以电网接纳、输送能力,土地利用情况,地域经济、交通、环境等因素来共同确定。但风能资源的好坏是基础,而评价风能资源是以观测资料为依据的。
相对于风电场宏观选址而言,风电场微观选址首先也要考证预选区域的风能资源状况。要充分利用风能资源普查和详查的结果,并经实地考察调研,初步选择想要开发的区域,再通过实地至少一年的测风观测,用近期满一年的梯度观测资料分析风机轮毂高度的(如70m)的风能资源状况,结合参证气象台站资料,分析长年代(一般指近30年平均)状况,推算出该区域代表年(70m)主要风能参数。微观选址更注重的是,局地气候背景、下垫面地形的特殊性,风能资源参数要具体量化。风能资源优劣是风电场能否立项建设的决定性因素,风能资源观测是必不可少的。如果风能资源较好,再铺以电网接纳、输送能力,土地利用情况,地域经济、交通、环境等因素来共同确定立项开发。
很多风电企业在风电场建设期或建成后,就将微观选址时建设的测风塔拆除了,认为风电场建成了,不必再进行测风观测了。这是外行至少是不太懂风电场运行业务的决策者的做法。实际上,客观地讲,风电场运行期更需要测风观测。目前绝大多数风电发展迅速的国家,都受到风电上网不稳定的困扰,风能资源是清洁可再生的,但如何最大限度的利用风能资源,做好风电场风电功率预测是关键。可以说不但美国、丹麦等这些风电强国在研究风电场的风电功率预报,像中国、印度等这些发展中国家也在风电场的风电功率预报研究方面投入了大量人力、物力。而要研究出合理的预报方法,制作出准确的风电功率预报,风电场的测风观测资料是最基本的信息,是改进预报模式,提高预报准确率的重要依据。
