氣候變化對中低風速風電場發(fā)電出力影響分析

氣候變化對中低風速風電場發(fā)電出力影響分析摘要：目前，我國的現(xiàn)代化建設的發(fā)展，風電場建設的發(fā)展也有了很大的提高，風電是發(fā)展最快的可再生能源之一，隨著風能在全球范圍內(nèi)大規(guī)模發(fā)展，人們開始關注大規(guī)模風電場的部署及運行對生態(tài)環(huán)境和氣候的影響。通過調(diào)研相關文獻，總結(jié)歸納了風電場對氣候和生態(tài)環(huán)境的影響：一方面風機的架設改變了原有空氣動力學粗糙度高度，加強了下墊面對湍流的阻擋作用，直接影響邊界層湍流運動，改變原有陸地表面和近地層大氣之間的物質(zhì)能量和水分交換的強弱程度和模式，影響大氣環(huán)流和氣候；另一方面由于風力渦輪機將一部分風動能轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)生風機尾流效應，改變了邊界層中大尺度運動動能的收支模式與時空分布，導致大氣各種通量（熱量通量和水汽通量等）的變化，對溫度、降水和風速等產(chǎn)生影響。通常情況下，風電場對近地面的增溫或降溫效應與大氣的層結(jié)穩(wěn)定性有關。盡管如此，在全球氣候模式中的模擬結(jié)果表明，風電場對全球氣候的平均影響很小，其影響遠遠小于溫室氣體排放引起的預期變化和自然氣候的年際變化。風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，同時可能破壞動物棲息地、鳥類碰撞和產(chǎn)生噪聲視覺等一些消極生態(tài)影響，但是可以采取相應的一些措施來減緩這些不良影響。關鍵詞：氣候變化；中低風速風電場；發(fā)電出力影響分析引言風力發(fā)電以風能為一次能源，易受氣候條件的影，對長時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速的統(tǒng)計分布特性，影響風力發(fā)電機組的功率輸出。因風能與風速的立方呈比例，長時間尺度上氣候模式變化導致的平均風速異動對中低風速風電場的影響更為突出。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是邊界層摩擦力、蒸散發(fā)和熱量輸送等共同強迫的結(jié)果，太陽輻射被地表吸收后，一方面發(fā)射長波輻射，另一方面邊界層的湍流運動將熱量和水汽向上輸送給近地層大氣。邊界層湍流運動是大氣運動的最基本特征，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)定度和粗糙度擾動等直接相關。地表粗糙度是影響陸氣之間物質(zhì)能量和水分交換的動力因子，影響陸氣間物質(zhì)能量交換過程的強弱。大規(guī)模風力發(fā)電機的架設一方面使得地表粗糙度增加、摩擦力增大，影響邊界層湍流運動，改變原有陸地表面和近地層大氣之間的物質(zhì)能量和水分交換的強弱程度和模式，影響大氣環(huán)流和氣候；另一方面由于風力渦輪機將一部分風動能轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)生風機尾流效應，改變了邊界層中大尺度運動動能的收支模式與時空分布，導致大氣各種通量（熱量通量和水汽通量等）的變化，對溫度、降水和風速等產(chǎn)生影響。2重要性作為新能源發(fā)電技術中最成熟而又適合大規(guī)模開發(fā)的發(fā)電形式，風力發(fā)電以其零污染、零排放的特點成為近十年來全球發(fā)展最為迅猛的新能源類型。作為風電場建設的前期準備工作，風能資源評估需要在候選場址進行完整年份的測風；根據(jù)測風塔高度風速數(shù)據(jù)與鄰近氣象臺站風速觀測數(shù)據(jù)，構(gòu)建兩者之間的相關關系；再籍此評價候選風場風速及風能的多年均值及年際變化。需要指出的是，風能資源評估隱含默認氣候模式固定，并沒有考慮到長時間尺度上氣候模式變化對年均風速的影響。我國及北半球大量地面氣象站點的風速觀測數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)站點的年均風速在長時間尺度上呈下降趨勢。其原因可能是氣候變化導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速分布。因一次能源來自于風能，風力發(fā)電直接受氣候條件的影響，對長時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速的統(tǒng)計分布特性，影響風電出力與投資效益。如2014年，我國來風情況普遍偏小，整體較往年偏小8%-12%。受此影響，全國風電年利用小時數(shù)為1893h，同比下降181h。當前我國北方大面積推廣風電供暖，但在長時間尺度上風資源水平下降的條件下，就可能出現(xiàn)風電可用上網(wǎng)電量不足、無法滿足低價風電供暖用電需求的風險。3風電場運行優(yōu)化3.1風力發(fā)電機組通過中控室的監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視風力發(fā)電機組的各項參數(shù)變化及運行狀態(tài)。當發(fā)現(xiàn)異常變化趨勢時，通過監(jiān)控程序的單機監(jiān)控模式連續(xù)監(jiān)視該機組的運行狀態(tài)、采集數(shù)據(jù)的變化情況，并根據(jù)實際情況采取相應的處理措施，預防設備損毀、風機停運等事故的發(fā)生。定期到每臺風機的現(xiàn)場將風機停止運行，不僅要通過目視觀察等直觀方法對風力發(fā)電機組外觀進行巡檢，還要耗費大量時間登上風機機艙對其內(nèi)部設備運行狀況進行巡檢。若發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時報告處理，查明原因，排除隱患，避免事故發(fā)生，減少經(jīng)濟損失。3.2升壓站變電及配電設備運行人員除通過中控室監(jiān)控系統(tǒng)對升壓站設備的運行狀態(tài)、運行數(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備，記錄設備運行狀態(tài)，根據(jù)運行記錄制定相關的維護工作計劃檢修維護設備。3.3集電線路風電場地理位置偏僻、地形復雜、氣象條件惡劣、交通不便，一般采用人員登高或借助望遠鏡進行巡檢，檢查線路上設備是否存在缺陷。同時，由于風電場的線路較桿塔位置分布較分散，設備負荷變化較大，無規(guī)律，且設備高負荷運行時氣象條件往往比較惡劣，輸送可靠性存在隱患。這時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)定運行。以上情況使得集電線路的運維工作難度大，耗時長，安全風險高。3.4風電場對噪聲和視覺影響風機引起的噪聲和視覺影響會給人們的生活帶來煩惱。風機噪聲可以分為機械和空氣動力兩種類型。機械噪聲是由于風機部件如齒輪箱、發(fā)電機和軸承等運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的；空氣動力性噪聲是氣流穿過風機葉片時產(chǎn)生的。風機轉(zhuǎn)速增加，空氣動力性噪聲也增加。機械噪聲主要是由風機齒輪、轉(zhuǎn)軸等機械部件的活動造成的；空氣動力學噪音主要包括風機葉片轉(zhuǎn)動噪音和湍流噪音。機械噪聲頻率低于1000Hz，而且機械噪音可以在設計階段通過增加隔音和防震支撐降低，因此空氣動力學噪聲是主要的噪聲來源。當風速在8m/s左右或者更大時，由于風本身的噪音可能完全掩蓋了風機的噪聲，很難測量風機的聲壓級別。風速較低但足以使風機葉片轉(zhuǎn)動時，風機產(chǎn)生的噪音更加值得注意。指出10m高度處的風速為5.1m/s時，風機產(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。風速為8m/s時，風機產(chǎn)生的噪音范圍是98~104dB，人在500m遠的地方感受到的噪音是33~40dB。已有的研究指出風機產(chǎn)生的噪音聲壓級與其他社會噪音如公路交通、飛機等相比幅度很小。結(jié)語1）氣候變化在長時間尺度上造成了較為明顯的風速下降趨勢，傳統(tǒng)風資源評估方法未考慮風速的趨勢性變化，存在較明顯的缺陷。2)長時間尺度上風速下降具有較明顯的地域分布特征，內(nèi)陸地區(qū)站點風速下降速度較快，而沿海站點風速變化較平緩。3)變化風速條件下，內(nèi)陸中、低風速風電場對于長期風速的變化更為敏感，進行此類風電場開發(fā)