1.4　我国的风能资源与分布

1.4.1　风能资源的评估

1.风能资源估算的意义

风能资源潜力的多少是风能利用的关键。风力发电成本由风力发电机组设备的成本、安装费用和维修费等与实际的产能量确定。因此选择一种风力发电机组，不但要着重考虑节省基本投资，而且要根据当地风能资源选择适当的风力发电机组，使风力发电机组与风能资源两者相匹配，才能获得最大的经济效益。

2.风能资源估算的方法

根据风的气候特点，必须有较长的观测资料才有较好的代表性。一般说来，需要有10年以上的观测资料才能比较客观反映一地的真实状况。为此，计算了全国900余个气象台站10m高度平均风能密度值，绘制出全国年平均风功率密度分布图。

利用分布图上的10W/m2、25W/m2、50W/m2、100W/m2、200W/m2和200W/m2以上的各风功率密度等值线，求出各省10W/m2以下、10～25W/m2、25～50W/m2、50～100W/m2、100～200W/m2、200W/m2以上的区域面积，再假设安装10m高，截面积为1m2的风能转换装置，由于考虑一个单位截面积的风能转换装置，风吹过后必须前、后、左、右各10倍直径距离后才能恢复到原来的速度，所以将各等级风功率密度等值线的面积的总和除以100，即可得到风能总储量。

这样风能资源储量估算可表示为

式中：n为风功率密度等级数；Si为年平均风功率密度分布图中各风功率密度等值线间面积；Pi为各风功率密度等值线间区域的风功率代表值。

3.我国的风能资源储量

据测算，在我国风能资源理论储量为322.6×1010W（10m高），即32.26亿kW。实际可供开发的量按322.6×1010W的1/10估计，则可开发量为32.26×1010W，即约3.23亿k W。考虑到风力发电机组风轮的实际扫掠面积为圆形，对于1m直径风轮的面积为0.25×3.14=0.785m2。因此，再乘以面积系数0.785，即为经济可开发量。由此，得到全国风能经济可开发量为2.53×1010W，即2.53亿kW。离地50m高风能资源储量将是10m高风能储量的两倍。

按照我国风资源的可利用小时数和有效风功率密度，如果年利用小时数按2000～2500h计，风电的年发电量可达5060亿～6325亿k Wh。

1.4.2　风能资源的分布

风能利用是否经济取决于风力发电机组轮毂中心高处最小年平均风速，这一界线值目前取在大约5m/s，根据实际的利用情况，这一界线值可能高一些或低一些。由于风力发电机组制造成本降低以及常规能源价格的提高，或者考虑生态环境，这一界线值有可能会下降。根据全国有效风功率密度和一年中风速不小于3m/s时间的全年累积小时数，可以看出我国风能资源的各区分布如表1-3所示。

由表1-3可以看出，一般说平均风速越大，风功率密度越大，风能可利用小时数就越多。我国风能区域等级划分的标准如下：

（1）风能资源丰富区。年有效风功率密度大于200W/m2，3～20m/s风速的年累积小时数大于5000h，年平均风速大于6m/s。

（2）风能资源较丰富区。年有效风功率密度为200～150W/m2，3～20m/s风速的年累积小时数为5000～4000h，年平均风速在5.5m/s左右。

（3）风能资源可利用区。年有效风功率密度为150～50W/m2，3～20m/s风速的年累积小时数为4000～2000h，年平均风速在5m/s左右。

（4）风能资源贫乏区。年有效风功率密度小于50W/m2，3～20m/s风速的年累积小时数小于2000h，年平均风速小于4.5m/s。

风能资源丰富区和较丰富区具有较好的风能资源，为理想的风电场建设区；风能资源可利用区，有效风功率密度较低，但是对电能紧缺地区还是有相当的利用价值。实际上，较低的年有效风功率密度也只是对宏观的大区域而言，而在大区域内，由于特殊地形有可能存在局部的小区域大风区，因此，应具体问题具体分析，通过对这种地区进行精确的风能资源测量，详细了解分析实际情况，选出最佳区域建设风电场，效益将相当可观。风能资源贫乏区，风功率密度很低，对大型并网型风力发电机组一般无利用价值。

另一种风速分区按照风功率密度分区，这种分区方法蕴含着风速和风功率密度值，是衡量风电场风能资源的综合指标，风功率密度等级在国际风电场风能资源评估方法中给出了7个级别，如表1-4所示。

由表1-4可以看出，当风功率密度大于150W/m2、年平均风速大于5m/s的区域被认为是风能资源可利用区；当10m高处年平均风速在6.0m/s，风功率密度为200～250W/m2时被认为是较好的风电场；在7.0m/s时为300～400W/m2被认为是很好的风电场。

1.4.3　我国风能资源的地域划分

我国的风能资源按区划分如图1-15所示。

1.最大风能资源区

东南沿海及其岛屿有效风功率密度不小于200W/m2的等值线平行于海岸线，沿海岛屿的风功率密度在300W/m2以上，一年中风速不小于3m/s时全年出现7000～8000h。但从这一地区向内陆则丘陵连绵，冬半年强大冷空气南下，很难长驱直下，下半年台风在离海岸50km，风速便减少到68%。所以东南沿海仅在由海岸向内陆几十千米的地方有较大的风能，再向内陆风能锐减，在不到100km的地带，风功率密度降至50W/m2以下，为全国最小区。但在沿海的岛屿上（如福建台山、平潭等，浙江南麂、大陈、嵊泗等，广东的南澳）风能都很大。其中台山风功率密度为534.4W/m2，一年中风速不小于3m/s时间全年累积出现7905h。换言之，一年中平均每天风速不小于3m/s时间超过21h，它是我国平地上有记录的风能资源最大的地方之一。

2.次最大风能资源区

内蒙和甘肃北部以北广大地带终年在高空西风带控制之下，且又是冷空气入侵首当其冲的地方，风功率密度在200～300W/m2，一年中风速不小于3m/s时间全年有5000h以上，从北向南逐渐减少，但不像东南沿海梯度那样大。最大的虎勒盖地区，一年中风速不小于3m/s时间的累积时数可达7659h，这一区虽较东南沿海岛屿上的风功率密度小一些，但其分布的范围较大，是我国连成一片的最大地带。

3.大风能资源区

黑龙江和吉林东部及辽东半岛的风功率密度在200W/m2以上，一年中风速不小于3m/s和6m/s的时间分别为5000～7000h和3000h。

4.较大风能区域

青藏高原、三北地区的北部和沿海的风功率密度在150～200W/m2，1年风速不小于3m/s的时间可达6500h，但由于青藏高原海拔高，空气密度较小，所以风功率密度相对较小，在4000m高度时的空气密度大致为地面的67%。同样是8m/s的风速，在平地为313.6W/m2，而在4000m只有209.9W/m2。所以，若仅按1年风速不小于3m/s的时间出现小时数，青藏高原应属风能最大区，实际上这里的风能远较东南沿海为小。

5.最小风能资源区

云南、贵州、四川、甘肃、陕西南部、河南、湖南西部以及福建、广东、广西的山区、西藏、雅鲁藏布江以及新疆塔里木盆地为我国最小风能区，有效风功率密度在50W/m2以下，一年中风速不小于3m/s时间在2000h以下。在这一地区，尤以四川盆地和西双版纳地区风能最小，这里全年静风频率在60%以上，如绵阳67%、巴中60%、阿坝67%、恩施75%、德格63%、耿马孟定72%、景洪79%，1年中风速不小于3m/s时间仅有300多h，所以这一地区除高山顶和峡谷等特殊地形外，风力潜能很低，无利用价值。

6.可季节利用的风能资源区

在上述4和5地区以外的广大地区为风能季节利用区。如有的在冬、春季可以利用，有的在夏秋可以利用等，这一地区风功率密度在50～150W/m2之间，一年中风速不小于3m/s时间在2000～4000h。表1-5给出了我国各省风资源可开发量和经济可开发量。

上述的资源储量不包括近海的储量，根据不完整的资源估算，近海水深离海面10m高，风能储量约为陆地的3倍多，即7.5亿kW。在我国的近海风资源中，台湾海峡是最丰富的地区，风能资源等级在6级以上。广东、广西、海南近海海域的风能资源等级在4～6级之间。从福建省往北，近海风能资源逐渐减少，渤海湾的风能资源又有所加强。福建、浙江南部、广东和广西近海风能资源丰富的原因主要是夏季台风和热带低压活动频繁造成的。

考虑到近海风能资源的开发受水深条件的影响很大，目前水深5～25m范围内的海上风电开发技术（浅水固定式基座）较成熟，水深25～50m区域的风能开发技术（较深水固定式基座）还有待发展，而超过50m的水域，则未来可能以安装浮动式基座为主，因此对水深5～50m的海上风能资源技术开发量进行分析。近海水深5～50m范围内，风能资源开发量为5亿kW，即在水深不超过50m的条件下，我国近海100m高度层达到3级以上风能资源可满足的风电装机需求约5亿kW。近海3级及以上等级风能资源覆盖面积远小于陆上，近海风能资源潜在开发量也远远小于陆上风电潜在开发量。我国近海5～20m水深的海域内100m高度年平均风功率密度分布如图1-16所示。