20世紀以來,隨著經濟迅猛發展,世界各國對能源的需求成倍增長。煤炭、石油等化石能源的儲量不足,價格時常出現大幅波動,國家能源安全問題備受關注。同時,化石能源的使用也帶來諸多環境問題。在此背景下,作為重要氣候資源之一的風能,以其可持續、無污染的特性,逐步走進人們的生活。
圖為內蒙古自治區包頭市達爾罕茂明安聯合旗氣象局工作人員在風電場開展風速測試服務。
風能發電發展迅猛
空氣的流動速度越快,空氣密度越大,其產生的動能就越大。古時候,人們利用風車來汲水、磨面;近代以來,科學家發現可以通過風車來帶動發電機,從而產生電能。這種利用風力發電的“大風車”,在我國甘肅省酒泉市、內蒙古自治區錫林郭勒草原上以及其他地區的風電基地里,一排排地佇立著,在風的吹動下緩緩轉動著,蔚為壯觀,分外醒目。
截至2014年底,全球風電機組總裝機容量達36490萬千瓦,風能發電成為世界上增長最快的能源方式。我國對于風能的利用在近年來同樣發展迅速。截至2014年底,全國并網風電裝機容量已達9581萬千瓦,占全球風總電裝機容量的四分之一;風電發電量達到1500多億千瓦時。我國已是全球第一風電大國。
我國風能資源分布范圍廣,主要集中于西北、華北和東北地區,以及東部和南部沿海地區。蘊藏量豐富也是我國風能資源的一大優勢,我國陸地70米高度風能資源技術開發量為50億千瓦,80米高度技術開發量達75億千瓦,足夠滿足我國到2050年20億千瓦的裝機需求。
目前,風電已經是我國僅次于火電、水電的第三大發電能源。
氣象部門助力風能開發
隨著國家對氣候資源開發愈發重視,風能資源開發利用已進入“快車道”。
中國氣象局風能太陽能資源中心潛心推進低風速區風電開發、分散式風電開發、優化評價指標體系等工作,完成新一輪全國風能資源評估,為風電規劃提供了更翔實的數據支持;建立國家風能預報公共平臺,可為用戶提供定制產品的切塊和抽點服務、實況監測和高分辨率時段預報產品;采用中尺度數值模擬等技術,為風電企業提供更精細的風電場資源預評估服務。
順應發展的需求,各地氣象部門也大力助推風能開發。在內蒙古,氣象部門積極參與該區風能資源普查和詳查工作,參與風能資源建設規劃、風電場選址和建設等工作;湖北氣象部門啟動風電信息管理平臺風能資源管理系統建設工作,為該省風能資源合理規劃及有效管理提供支持;陜西利用中尺度數值模擬技術開展風能資源評估研究,科學分析該省風能資源儲量,為風能開發提供依據。
氣象部門還研發了風電專業數值天氣預報系統。該系統可提供全國200米垂直高度、分辨率10米范圍內的任意風電場每臺風機未來72小時的逐15分鐘風速預報產品。目前,該系統已為河北、內蒙古、江蘇、甘肅等地的風電場提供服務。
合理開拓是當務之急
雖然我國風能資源的開發和利用技術已日趨成熟,包括氣象部門在內的相關部門也開展了大量工作,但仍然存在一些問題亟待解決。
我國風能資源的分布比較集中,7個千萬千瓦級的風電基地均位于西北、華北和東北地區以及東部沿海地區。此外,我國氣候有著明顯的季風氣候特征,這也導致風能發電的波動性大。如果該地區消納風力發電的能力不夠,就會導致風電并網困難。猶如一根較細的水管中突然注入大量的水,既會導致水管難以承受壓力,進而破裂,也可能白白浪費資源。
風電并網難這個困擾著行業的難題到底應如何解決?專家認為,首先,在風電基地建設上切忌貪大求全,應根據地區的經濟需求和氣候狀況有步驟地按需開展建設工作。例如,在內蒙古,要在合理規劃的前提下,走可連續的開發途徑;在新疆、甘肅等消納風能發電能力較弱的地區,盲目擴大風電裝機范圍與規模顯然是不合理的。
此外,合理調度風電資源也是重要的課題。只有建立健全完善的資源調度機制才能從本質上解決風電并網難題。