第10章 生态能源开发利用中的.ppt

新疆达板城风电场,第10章生态能源开发利用中的科学问题,,,目录10.1引言10.2风能开发利用10.3太阳能开发利用,,,10.1引言在21世纪，矿物资源被人类无限制地开采利用已趋向枯竭，并且对地球生态环境带来了巨大的压力，已严重威胁到地球人类的生存安全。如何在保持经济发展的前提下维持生态环境的稳定已经成为人类不得不认真面对的重大课题，而在此形势下，充分利用生态能源和可再生能源成为解决能源问题的重要途径。,,,人类石化燃料的使用及向大气中释放温室气体CO2的过程，不但是资源问题，而且是通过温室效应，导致全球变暖，将严重影响全球动力学过程和地球的可居住性。因此，大力开展生态能源的利用，减缓温室效应和全球变暖，是当今人类的重要战略选择。太阳能、风能、潮汐能、地热能、生物能、核能等生态能源的开发利用，是解决能源危机和生态环境问题的关键。,哈得来环流,Polarcell,地球大气环流动力学过程,极地东风带,极地高压,副极低压,极锋,极地环流,哈得来环流,极地环流,东风带,副热带高压,副热带无风带,东北信风,东南信风,赤道低压,赤道无风带,大气CO2浓度倍增－导致全球变暖的模拟,全球变暖带来环境问题－导致北极冰川融化模拟,世界能源结构的变化,生态能源开发利用,风能,水能,核能,核能,太阳能,,,10.2风能开发利用,主要内容,风能开发中的几个关键科学问题世界风能资源开发利用现状中国风能资源开发利用现状风能资源开发利用中的问题与展望,风能开发中的几个关键科学问题,建立风能资源精细化评估模型包括改进和发展国际上已有的风能资源评估理论和方法、建立适合于中国气候和地形特点的风能资源精细化评估模型。极端气候对风能开发的影响台风、强沙尘暴、强风、强台风、覆冰、雷击、低温、风暴潮、海冰等恶劣气候环境对风电场的安全运营的影响。风能资源的变化在全球气候变化的大背景下，中国风能资源的过去变化事实及其成因，以及未来可能的变化趋势预估。风能资源监测和预报系统发电量的预报而不是风速的预报；提前一天发布36～48小时内的逐时预报；给出预报可信度；提前几天的中期预报对规划和管理维护十分重要。,风能开发利用技术是目前生态能源中一项最有效的能源技术，风力发电既可以化解温室效应带来的气候危机，而且也可以解决并提供稳定的能源供应。,地球上风能的蕴藏量是水能的10倍，只要能够将地球上1的风能利用好，就能满足全球的能源需要。,中国风能资源仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位。,,,1、风的形成空气流动所形成的动能即为风能。风能是太阳能的一种转化形式，太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均空气沿水平方向运动形成风。风的形成乃是空气流动的结果。风能利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为电能。风就是水平运动的空气，空气产生运动，主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；再高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动，风沿水平气压梯度方向吹，即垂直与等压线从高压向低压吹。地球在自转，使空气水平运动发生偏向的力，称为地转偏向力，这种力使北半球气流向右偏转，南半球向左偏转，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要受地转偏向里的影响。大气真实运动是这两力综合影响的结果。实际上，地面风不仅受这两个力的支配，而且在很大程度上受海洋、地形的影响，山谷和海峡能改变气流运动的方向，还能使风速增大，而丘陵、山地却磨擦大使风速减少，孤立山峰却因海拔高使风速增大。因此，风向和风速的时空分布较为复杂。,,,再有，海陆差异对气流运动的影响，在冬季，大陆比海洋冷，大陆气压比海洋高风从大陆吹向海洋。夏季相反，大陆比海洋热，风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风，称为季风。所谓的海陆风也是白昼时，大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋，到海洋上空冷却下沉，在近地层海洋上的气流吹向大陆，补偿大陆的上升气流，低层风从海洋吹向大陆称为海风，夜间时，情况相反，低层风从大陆吹向海洋，称为陆风。白天山坡受热快，温度温度高于山谷上方同高度的空气温度，坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方，谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气，这时由山谷吹向山坡的风，称为谷风。夜间，山坡因辐射冷却，其降温速度比同高度的空气较快，冷空气沿坡地向下流入山谷，称为山风。,我国已有和拟建的风电场分布,已有拟建,新疆达板城的风力发电场,内蒙古兴安盟的风力发电场,西藏自治区的风力发电场,上海上风电场,,,鄱阳湖风力发电场,,,,,,1.5兆瓦鄱阳湖风力发电塔,,,鄱阳湖风力发电塔,1.5兆瓦鄱阳湖风力发电塔,,,鄱阳湖风力发电塔,1.5兆瓦鄱阳湖风力发电塔,year,MW,中国未来风电发展计划,,,,式中为风能密度,瞬时风速,空气密度,风能是大气运动的动能。风能密度是指通过单位垂直横截面的气流产生的瞬时功率，即,Kg.m-3.m3.s-3kg.s-3kg.s-3.m2.m-2kg.m2.s-2.s-1.m-2J.s-1.m-2W.m-2,,风力发电机输出功率,Cp为功率系数，ρ为空气密度，A为扫风面积，U为风速ρkg/m3;Am2;Um/sPkg.m-3.m2.m3.s-3kg.m2.s-3kg.m2.s-2.s-1J.s-1W瓦）,大气边界层中不同高度风机的输出功率示意图,,,,,Above200W/m2High150200W/m2100150W/m250100W/m2Below50W/m2Low,第二次全国风能普查得到的风资源分布,各省风能资源分布,（1）中国风机高度范围内（120米以下）的风能资源总储量是多少哪里是中国风能资源的宏观丰富区以往的中国风能资源评估主要采用的是气象台站10米高度上的常规测风资料和少量测风塔资料，受气象台站空间分布密度、测风塔资料序列较短以及尚未建立适应中国季风气候特征和地形特点的精细化评估理论和方法等因素的限制，尚不能准确地给出风机高度上的风能资源总储量以及精细化（水平分辨率达1公里，垂直分辨率达10米的地区分布特征。,我国气象站的间距是50～200公里，且大多数都位于城镇。建立补充的专用测风塔（70～120米）的必要性。假设对我国陆地国土面积的3分之1（即320万平方公里）的风能资源进行评估详查，每100平方公里建一座测风塔的话，需要3万座塔,,,测风塔,（2）如何根据极端气候环境条件（如热带气旋）指导风电场建设（如沿岸和近海风电场）的宏观布局和重点地区如何科学评估不同地区风电场建设的气候风险（指因极端气候环境条件对风电场造成破坏的机率）热带气旋、龙卷风、爆发性温带气旋、低温、风暴潮、海冰等恶劣气候环境会严重影响风电场的安全运营，其中热带气旋的影响最甚。目前，对风机高度范围内的热带气旋风特性缺乏认识，不能为沿岸和近海风电场设计提供可靠的空气动力学参数，风电场规划和建设缺乏气候风险分析依据。,（3）在风能资源宏观丰富区内如何科学指导风电场的微观选址中国风机高度上的风能资源精细化评估只能给出宏观的地区分布特征，还需要建立适合于中国季风气候特征和地形特点的风电场微观选址模型，才能实现风能资源的精细化评估结果更好地应用于风电场的设计和建设。,风电场和风机尺度的微小尺度数值模式为了进行风能资源的精细化评估，同时也可为风电场的动力学设计和风电量预报提供技术支撑，还需要有风电场和风机尺度的微小尺度数值模式，由于这涉及到多种多样的复杂几何条件（局地地形和固体结构与建筑物）下的湍流流动问题，属于微尺度气象和环境空气动力学的研究，因此在目前的阶段将主要借助世界上已有的通用计算流体力学模式（CFD），例如FLUENT，它可以精细的刻划复杂物体表面的流场。这里需要强调的是，仅有CFD是不够的，还需要研发CFD与大气边界层模式的耦合问题，才能真正实现多尺度的风场模拟和预报。这正是我们要攻克的关键技术难题之一。,（4）中国的风能资源过去是如何变化的未来演变趋势如何能否可持续地利用在全球气候变化的大背景下，只有在科学认识中国风能资源的过去变化事实及其成因，并对未来可能的变化趋势作出较为准确的预测的基础上，才能实现中国风能资源的大规模可持续开发利用，为风电场的宏观布局和微观选址提供科学依据。,气候变化背景下风能资源开发利用的问题,过去全球变化背景下,中国地表风速发生显著变化,近50年来，年平均风速整体呈下降趋势.中国内陆风能资源丰富地区主要分布在新疆、内蒙、河北北部、东北大部等区域，而这些地区恰恰是温度升高最显著的地区，也是年平均风速下降最明显的地区。未来1、气候有继续变暖趋势，中国风能资源未来如何演变趋势和空间分布如何变化利用气候模式进行研究，难点在边界层湍流和风况而不是温度和降水。2、极端天气气候事件（台风、风暴潮、雷暴、沙尘暴、低温等）对风电开发安全的影响,（5）如何提高已建风电场的风电量短期预报水平由于电网电力调度的需要，风电上网需要估计其可发电量。在这方面，中国现有的风电场主要是根据天气预报结合当地的气候条件开展了一些风电预报工作。显然，这是远远不够的。目前急需建立专门服务于风电场风电上网调配的风能资源监测、预报系统。,由于风能的广泛利用，越来越多的风电公司需要准确的预报服务。在美国部分地区的电网上，风电场发电量的上下波动在一、两小时内总计曾达到几百兆瓦（TrueWindSolutions，2003），增加了风电场和客户的财力耗费以及风力发电设备的风险性。风电公司对风能短期预报的需求是需要发电量的预报而不是风速的预报；提前一天发布36-48小时内的逐时预报；给出预报可信度；提前几天的中期预报对规划和管理维护十分重要。,近地层风场的统计和非线性时间序列预报很多情况下，风电场关心的是短期的风电量预报。另一方面，由于受专业技术人员和计算机条件的限制，不是每个风电场都具备运行数值模式的条件。因此，可充分利用风电场所建立的气象塔观测资料和周边气象台站的观测资料，构成一个“场的时间序列”来进行预报。这需要用到到神经网络、支撑向量机、混沌序列预报等现代非线性统计动力学工具。虽然“场的时间序列预报”是当今科学界热点和难点问题之一，但总体来说，它比运行数值模式要简便易行，而且短期预报是很可靠的。,复杂地形条件下的大气边界层数值模式数值模拟是当前国际上公认的风能资源评估的有效手段，普遍采用的是“多尺度数值模拟系统”，即中尺度气象模式（如KAMM、MASS、MM5和MC2等）与小尺度风场模式（如WASP、WindMap、West等）或计算流体动力学模式（CFD，如FLUENT，A2C等）相结合的系统。考虑到中尺度气象模式主要是针对中小尺度的灾害性天气预报而设计的，重点考虑对流层而不是近地层内的大气运动，而且很多风电场都建在沿海、山地等复杂地形条件下，因此，建立完整的、复杂地形（海岸带、起伏地形、山谷、坡地和湖陆不均匀地表等）大气边界层数值模式是关键之一。,（6）中国大规模风能资源的开发利用会带来哪些有利和负面的生态和环境效应需评估中国风电的发展对温室气体减排的作用，如考虑节煤-减排对减缓气候变化的贡献等，还需开展已建、待建风电场对局地气候、生态、环境与人体健康的影响评估等。,世界风能资源开发利用现状,设备的技术进步紧跟市场需求风电机组技术的发展也经历了从多种结构形式趋向于少数几种结构形式的过程，这是市场选择的结果，只有可靠性高，经济效益好的机型才能在市场中生存下来。风电机组的技术沿着增大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转换效率的方向发展。例如美国当年新安装的平均单机容量在2001年为900kW，2005年达到1500kW。,,加拿大McBrideLake风电场,世界风能资源开发利用现状,近海风电技术逐步发展。海岸线附近的海域风能资源丰富，面积辽阔，适合更大规模开发风电。2006年世界近海商业风电总装机容量已达到870MW，其中丹麦400MW、英国304MW、荷兰127MW。预计2008年以后德国也将大规模开发，由于成本和技术的原因，比原来预测的时间推迟了两年。随着近海风电场的建设，需要单机容量更大的机组，2006年近海安装的最大样机是德国REpower公司5MW机组，风轮直径为126m。,德国REpower公司5MW机组，风轮直径为126m,世界风能资源开发利用现状,国外风电现状和市场前景根据世界风能协会对2007年全世界风力发电的装机容量的统计2007年新增约2000万kW，累计约9500万kW。风电增长率比其它电源增长率高的趋势仍继续，1999-2005年的年平均增长率约为30。,世界风能资源开发利用现状,2007年世界累计风电装机最多的10个国家万kW,世界风能资源开发利用现状,欧洲将风电的发展作为实现减排CO2等温室气体承诺的措施，开发风电的动力主要来自改善环境的压力。丹麦、德国和西班牙等都制定了比较高的收购风电电价，使风电保持了稳定高速的增长，1996年以后的年增长率超过30，使风电成为发展最快的清洁电源。,中国风能资源开发利用现状,我国风能资源风能储量可开发和利用的陆地上风能储量为297GW（2.97亿kW），近海可开发和利用的风能储量有750GW（7.5亿kW），共计约1,000GW（10亿kW）。如果陆上风电年上网电量按等效满负荷2000h计，则每年可提供5,000亿kWh的电量，海上风电年上网电量按等效满负荷2,500h计，每年可提供1.8万亿kWh的电量，合计2.3万亿kWh的电量。相当于2005年全国用电量。,中国陆地上10米高度风能资源总储量为32.26亿千瓦，可开发量为2.53亿千瓦,中国陆地10米高度年平均风功率密度分布图（瓦/平方米）,（中国气象局风能太阳能资源评估中心）,在不考虑青藏高原的情况下，我国风能资源技术可开发量为28.6亿千瓦，其中陆地26.8亿千瓦，离岸20公里的近海区域约1.8亿千瓦。如果全部得到开发，年发电量理论值约57000亿千瓦时，相当于建设68座三峡电站。,1989-2007年世界风电发展情况,1990-2007年中国风电开发规模,2007年中国的开发规模仅占全球的6.2％,国内风能资源开发利用现状,离网型风电主要用户是电网未覆盖地区的牧民、渔民和农民，以户用风电机组解决家庭照明和收看电视的电源问题。随着生活水平的提高和更多家用电器的应用，对单机容量的要求增大，100瓦机组的产量下降，300瓦、500瓦和1000瓦机组的产量逐年增加，占年总产量的80。约70个单位从事离网风电产业，其中大专院校、科研院所35家，生产企业23家，配套企业12家（含蓄电池、叶片、逆变控制器等）。,国内风能资源开发利用现状,2006年当年共生产30千瓦以下的机组5万台，比上年增长52，单机容量200瓦的1万台、300瓦的1.5万台、500瓦的9000台。经过20多年自主研发，离网型风电机组的产品质量有了很大提高，2006年共出口16000多台，分布在世界各大洲的20多个国家。,并网风电装机容量迅猛增长,按照年底机组吊装完成数量的初步统计2007当年新增装机约330万千瓦再次超过以前20年的累计风电容量与2006当年装机133万千瓦比较增长率超过1452007年底累计约590万千瓦与前一年260万千瓦相比较增长率约126。,并网风电装机容量迅猛增长,内资企业产品新增约184万千瓦，市场份额占56，首次超过外资企业新疆金风公司的产品约83万千瓦，以定桨定速技术的机组为主东方汽轮机公司、华锐风电等公司的兆瓦级变桨变速技术的产品开始批量生产，并安装到风电场运行。,并网风电装机容量迅猛增长,外资与合资企业的产品约44技术上以变桨变速机组为主，已在国内总装，如美国通用电气（沈阳）、西班牙歌美飒（天津）和印度苏司兰（天津）等公司的产品进口单机容量2兆瓦的机组2006年内首次在国内安装。,并网风电装机容量迅猛增长,根据2006年底累计装机260万千瓦，假设风电的等效满负荷小时数全国平均为2000估计2007年风电上网电量约52亿千瓦时。现在还得不到有关部门对2007年实际风电上网电量的统计，这个数据对风电产业至关重要。,并网风电装机容量迅猛增长,从事风电机组整机开发和研制的企业估计超过40家，新企业产品下线的喜讯频传，外资和合资制造商纷纷在中国建厂生产，丹麦维斯塔斯（Vestas）、西班牙歌美飒（Gamesa）、航天万源安迅能、恩德（银川）瑞能北方等公司陆续举办产品下线庆祝仪式内资企业也不甘落后，沈阳华创、常牵新誉、上海电气、湘电风能和重庆海装等也首次将产品投放市场，更多的企业正在研发具有自主知识产权的风电机组，形成“百花齐放”之势。,兆瓦级风电机组吊装,,金风1.2MW直驱式风电机组样机,,GoldwindBeijingworkshop1.5MW,,GoldwindBeijingwindfarm1.5MW,,ShanghaiElectric1.25MWturbine,,Huide1MWwindturbineexporttoUSA,,主要风电机组本地化生产状态,,主要风电机组本地化生产状态,,风能资源详查和评价工作,国家发改委、财政部和中国气象局,简介,风能资源评价是发展风电的前提，对风电场选址、风电机组设计、电网规划与建设，以及风能资源开发利用决策管理都十分重要。加强风能资源评价和规划工作，摸清风能资源状况，通过风能资源详查工作，可建立满足风能资源长期可持续开发利用的风电项目储备和建设规划，实现风能资源的科学有序开发利用。,风能资源详查和评价工作的意义,建立集风能资源的专业观测网、数值模拟和综合评价为一体的国家风能资源评价体系，培养风能资源评价专业技术队伍；在风能资源详查和评价的基础上，结合地形、交通、电网等条件，提出总装机容量约5000万千瓦的风电场项目储备。,,促进风电产业发展实施意见,第三次全国风能资源普查,风能资源数值模拟,参考气象站历史数据,风能资源专业观测网,测风塔观测数据,风能资源综合分析和评价,风电机组设计参数数据库,风能资源数值模拟,土地利用规划、电网、道路、地质等资料,风电场工程评价,风电场工程数据库,风能资源数据库,,,,,,,,,,,,,,,风能资源详查和评价区域及测风塔分布,106个详查区域，33个详查点31个省（市、自治区）每省至少3个测风塔、1个详查区（点）400个测风塔分布329个70米测风塔68个100米测风塔3个120米测风塔8个待调整测风塔,通过对各省申报材料进行专家评审，确定风能资源详查和评价区域及测风塔分布，基本情况如下,风能资源专业观测网测风塔分布图400座）,风能资源数值模拟采用湍流观测和模式调整、数值模拟、结果统计订正的技术方案来完成。同时进行风能资源长期和短期两套数值模拟计算，以长期数值模拟计算结果为主，短期数值模结果拟作为参照和补充。通过对两套方案的模拟计算结果进行综合分析，得到详查区域水平分辨率1km1km、离地面100m高度以下每10m间隔的各种风能资源参数的立体网格分布。,风能资源数据库,支持详查评价实现数据和产品共享服务导航定位、检索、下载等多种灵活便捷的风能资源及其相关信息的获取方式，实现基于WEB的用户接入。基于基础地理信息与遥感影像数据，采用Web-GIS技术实现风能信息图形化在线发布。实现放大、缩小、漫游、地名查询、空间查询、快速定位、多要素动态叠加、缓冲区分析、专题图制作、面积量算的功能，为测风塔的基础信息和统计信息、观测要素、风能资源图谱等信息提供显示、查询和空间分析服务。,风能图谱的显示、检索、查询-任意点风能资源状况的查询,任意点年平均风速、风向，风功率密度的显示,,,,,风能资源综合评价,制定一套风能资源综合评价技术规定（或标准）风能资源专业观测网观测资料分析风速频率分布特征风向、风能方向分布特征风切变指数（风随高度变化特征）湍流强度（风的脉动特性）风能资源时间变化特征风能资源气候订正数值模拟资料分析气象风险评价风能资源综合分析和评价风能资源综合评价的质量保障风能资源综合评价总报告编制,预期成果（一）,提出总装机容量约5000万千瓦的风电场项目储备。对详查区域风能资源分布特征进行综合分析，提出经济可开发量和开发利用方案；确定总装机容量约为5000万千瓦的风电场分布，给出各风电场地理位置、范围、资源特征、资源等级和气象风险（极端风速、极端温度、台风、沙尘暴、雷暴等风险）等级。,预期成果（二）,建立风能资源专业观测网，获得至少两年以上的完整观测数据。完成覆盖我国主要风能丰富区的风能资源专业观测网建设，开展至少为期两年的风能资源连续观测。本次工作完成后，风能资源专业观测网纳入国家气象观测网，实现对风能资源的长期观测。,预期成果（三）,建立适用于中国的风能资源数值模拟系统，制作并给出高分辨率风能资源立体图谱。建立适用于中国地形、地貌、风能资源分布特征的高分辨率风能资源数值模拟系统．完成所有风能资源详查和评价区域水平分辨率1公里1公里、离地面100米高度以下10米间隔的风能资源数值模拟及分析工作。,预期成果（四～六）,形成国家或行业风能资源详查和评价相关标准的基础。建立一套风能资源详查和评价工作涉及的风能资源观测、数值模拟、综合分析、风电场工程综合评价、数据库管理与服务等方面的技术规定、规范或标准。建立风能资源数据库、风电机组设计参数数据库、风电场工程数据库。开发以地理信息系统和网络技术为支撑的风能资源数据库、风电场工程数据库，建立风能资源数据和风电场工程信息采集、风能资源评价服务与风电发展规划、风电场选址数据、风电机组设计支持平台。培养一支在风能资源观测、评估、数据库服务等方面的高水平专业人才队伍。,风能资源开发利用中的问题与展望,,世界风能资源开发利用展望,2008年世界风能协会预测2010年全世界达到170GW（1.7亿kW）。欧洲风能协会2020年的目标是180GW（1.8亿kW），占欧洲电力装机容量的21。在国际石油价格不断上涨的形势下，许多发展中国家，例如古巴将开发风电作为能源政策的重要部份。,世界风能资源开发利用展望,国际上风电发展不成功的案例是英国的“非化石燃料义务法”，采用招标方式按投标最低上网电价选择风电投资者，结果装机容量落后于欧洲其他国家，风电设备制造业也倒闭，放弃招标政策以后才加快了发展。美国的风电优惠政策是“生产税减免”1.5美分/kWh，但这一政策时而生效时而作废，造成市场猛增猛跌，难以形成制造产业。,国内风能资源开发利用现状,风能资源地理分布与电力负荷不匹配沿海地区电力负荷大，但是风能资源丰富的陆地面积小，而北部地区风能资源很丰富，电力负荷却很小，给风电的经济开发带来困难。因此急需结合当地地形地貌、道路交通、电网输电线路和负荷、以及其他基础设施和社会经济条件，做出分阶段的风能资源经济可开发储量评估，风电发展规划才有切实可靠的依据。,对今后20年风电发展规模的设想,2010年规划装机500万kW，实际将超过1000万kW。占当时全国电力总装机容量（8亿kW）的1.25电量200亿kWh占全国电量（4万亿kWh）的0.5（按全国平均风电年等效满负荷2000小时，其他电源5000小时估算）,对今后20年风电发展规模的设想,2020年规划装机3000万kW，实际可能达到1亿kW。占当时全国电力总装机容量（12亿kW）的8电量2000亿kWh占全国电量（6万亿kWh）的3（按全国平均风电年等效满负荷2000小时，其他电源5000小时估算）,对今后20年风电装机规模的设想,2020年以后随着化石燃料资源减少，成本增加，风电则具备市场竞争能力，会发展得更快风电要在能源供应和减排温室气体方面起显著作用是2020年以后，届时风电成本才接近常规电源。2030年以后水能资源大部分也将开发完，近海风电进入大规模开发时期。,对远期风电装机规模的设想,从战略上预测风电2030年装机2亿kW电量4000亿kWh2050年装机5亿kW电量1万亿千瓦时电量作为对比2005年全国电力总电量是2.5万亿kWh,99,非并网风力发电系统示意图,改进和发展国际上已有风能资源评估理论和方法建立适合于中国气候和地形特点的风能资源精细化评估模型建立风电量短期预测数值模式系统研究中国风能资源长期变化机理和未来演变趋势研究风能资源开发利用的综合效益和宏观策略在中国风能资源的大规模可持续开发利用，风能资源开发利用的社会、环境和经济效益及其对减缓气候变化的影响评估等方面具有重要的科学意义和实际价值。,总结,应用WRF对鄱阳湖地区风能的模拟,地理位置鄱阳湖位于N2822′至2945′，E11547′至11645′。地处江西省的北部，长江中下游南岸。鄱阳湖以松门山为界，分为南北两部分，北面为入江水道，长40公里，宽3至5公里，最窄处约2.8公里；南面为主湖体，长133公里，平均宽16.9公里，最宽处达74公里。湖岸线长1200公里，根据卫星遥感测算，湖区最大丰水期面积5100平方公里，平均水深6.4米，最深处25.1米左右，容积约300亿立方米，是我国最大的淡水湖泊。它承纳赣江、抚河、信江、饶河、修河五大河，流域面积为16.2万平方公里，占江西省国土面积97左右。经鄱阳湖调蓄注入长江的水量超过黄、淮、海三河水量的总和。作为中国最大的淡水湖鄱阳湖，方圆5000平方公里的水域，蕴藏着丰富的风力资源。据气象部门勘察，环鄱阳湖至少有屏峰、老爷庙、青山、松山、矶山、沙岭和庐山等7个风力区，其蕴含的风力资源总量达125万千瓦，年平均风速5－7米／秒，年有效风力5000－7000小时。,,,WRF主要参数设置用NCEP的全球再分析资料，一日4次，水平分辨率为113重嵌套格式，双向耦合，25kmx5kmx1km。垂直分层为28层网格数100*150*200中心坐标N29.00,E116.30Lin等物理过程方案水汽、雨、雪、云水、冰、冰雹rrtm长波辐射方案Dudhia短波辐射方案MYJ近地面层方案Noah陆面过程方案EtaMellor-Yamada-JanjicTKE湍流动能边界层方案积云参数化方案采用Grell-Devenyi集合方案,,对地形的模拟鄱阳湖上三面环山，东北和西南地势较高最高处约为240米。湖面高度约为20米。这与卫星数基本一致。,选取2009-11-05一天进行模拟天气形势分析从高空图上可以看出江西地区处于弱的高空槽前，受较弱的偏南暖湿气流控制，气压梯度不大，且没有明显的温度平流影响。地面图看江西地区处于弱高压场控制，天气晴好，风力不大。,,,WRF模拟的结果温度场分别模拟了0.20km,0.24km,0.30km高度的温度分布情况。从动画演示中可以看出在白天的时候有明显的冷到效应。而在夜间又有明显的热岛效应。其中最大温差为4度左右。风场分别模拟了10m,20m,30m,40m,50m不同高度风的分布情况。从图中可以看出在下午的时候有湖陆风。但由于地形作用在湖北坡湖陆风效应并不明显。风俗最大出现在夜间，平均风速为5m/s。,,,,,,,温度场分析温差最大的时刻分别为1500，和0030。风场分析无论在夜间还是白天位于中心点南侧均有平均风为5m/s左右的偏北风。且风速随高度的变化不大。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,10.3太阳能开发利用,,,1996年，联合国在津巴布韦召开了“世界太阳能高峰会议”，会后发表了哈拉雷太阳能与持续发展宣言，国际太阳能公约，世界太阳能战略规划等重要文件，进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动，广泛利用太阳能。鉴于对温室效应和资源枯竭的担心，人们越来越重视新能源和可再生能源的开发，以保证人类长期稳定的能源供应。,,,,太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw/m2。地球赤道周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173,000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/m2，相当于有102,000TW的能量，人类依赖这些能量维持生存，虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.751026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。,,,,地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。,,,人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。,,,,,太阳能作为可再生资源，太阳能在地球的分布非常广泛，并且对于生活在地球上的生物而言，它是取之不尽，用之不竭的。并且太阳能还是一种清洁无污染能源，不会对生态系统造成负面影响，不仅如此扩大太阳能的开发利用还可以降低,SO2及NO2等污染物的排放。这对改变当前全球变暖的状况来讲不能不算是一个福音。,,,,,,太阳能最富有前途的应用是发电，途径主要有两条一是利用太阳能电池直接将光能便成电能，太阳能电池是一种半导体材料，受到光的照射可以产生电流，常见的太阳能电池有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池等，它们的光电转换效率一般在520，即每平方米的太阳能电池最多可以发电520瓦，太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；改进理论，建立新模型；聚光电池等。最新研究成果是采用两种化合物半导体叠在一起制成的太阳能电池，光电转换效率已经达到35。另外一种太阳能电池采用廉价易得的材料和新的工艺，制作出来的太阳能电池不仅成本低，而且可以像布一样折叠。,太阳能电池发电原理,,,,国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。到目前为止，世界太阳电池年销售量己超过60兆瓦，电池转换效率提高到15％以上，系统造价和发电成本已分别降至4美元/峰瓦和25美分/度电，04年美国开发出了只有拇指大小的太阳能电池（如图）05年最新研发成功的电池更是柔软如布；在太阳热利用方面，由于技术日趋成熟，应用规模越来越大，仅美国太阳能热水器年销售额就逾10亿美元。太阳能热发电在技术上也有所突破，目前已有20余座大型太阳能热发电站正在运行或建设。,,,国外太阳能利用概况,近几年，国际光伏发电迅猛发展。目前已经成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合，如太阳能屋面顶、墙壁及门窗等，实现了“光伏--建筑照明一体化BIPV”，1973年，美国制定了政府级阳光发电计划；1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投资达8亿多美元；1994年度的财政预算中，光伏发电的预算达7800多万美元，比1993年增加了23。4％；1997年美国和欧洲相继宣布“百万屋顶光伏计划”，美国计划到2010年安装1000～3000MW太阳电池,为100万座住宅实施太阳能发电系统。1997年补贴“屋顶光伏计划”的经费高达9200万美元，安装目标是7600MW。日本“新阳光计划”已在2000年以前将光伏建筑组件装机成本降到170～210日元/W，太阳能电池年产量达10MW，电池成本降到25～30日元/W。印度计划1998－2002年太阳电池总产量为150MW，其中2002年为50MW。,,,国外太阳能利用概况,,,太阳能住宅设计,,,德国年安装太阳能系统增长情况,,,日本太阳能系统价格走势与安装数量情况,开发太阳能中国地域辽阔，各种自然能源比较丰富。太阳能年总辐射量0.6兆焦耳/（厘米）2以上的地区占国土面积的2/3，（美国3M公司计划在中国开发太阳能利用市场的设想）,美国沙漠地区的太阳能发电站,,美国太阳能发电塔,,美国太阳能发电塔,开发太阳能在世界生存环境破坏严重，能源日益紧缺的今天，开发环保能源已成为一个全球性的问题。太阳能作为一种廉价、清洁、环保的能源，受到世界各国的重视，不断有大型太阳能电站涌现，而且不断有国家声称要建成世界最大的太阳能电站。目前世界上太阳能发电技术日趋成熟，2004年全球安装的太阳能发电系统容量已超过1000兆瓦。最新的世界能源统计资料表明，太阳能发电产业在最近5年的年均增长速度超过30％。,多国争建世界最大太阳能发电站,德国已经建成世界上最大的太阳能发电站,目前，世界上功率最大的太阳能电站是德国莱比锡市附近的埃斯彭海因太阳能电站。该电站耗资2200万欧元，是由德国太阳能协会、西部基金和壳牌太阳能公司联合兴建的。整个发电装置由3.35万块太阳能电池板组成，占地面积21.6公顷。电站功率为5兆瓦。德国在在巴伐利亚洲于2005年建成的太阳能电站，占地77公顷，其发电功率为12.4兆瓦。,葡萄牙希望建成世界上最大的太阳能电站,葡萄牙最近公布了一项建造世界最大太阳能电站的计划，该电站占地250公顷，发电功率116兆瓦，可为13万人提供电力。该项目总投资2.9亿英镑。该计划得到“国际银行特殊能源”投资项目的资助，完成电站建设需要4到5年的时间。电站选址在一个废弃的铁矿旧址上，该铁矿19世纪70年代奠基，20世纪60年代关闭。,以色列10年内建成世界上最大的太阳能电站,在开发利用太阳能方面，以色列具有独特的条件优势；日照充裕，太阳能开发技术水平位居世界先进行列。以色列政府计划在内盖夫沙漠建设占地400公顷的太阳能电站，该电站在5年内发电能力达到100兆瓦，在10年内工程全部完工后，发电能力将达到500兆瓦。预计该电站的发电量将占以色列总电力产量的5－10％。以色列的日照时间长，每年从4月到11月的旱季，基本上是阳光灿烂、万里无云的天气，即便是在雨季，也是晴多阴少，而南部的内盖夫沙漠和死海地区，基本终年无雨。从理论上讲，将面积为225平方公里的内盖夫沙漠的表面部分用于太阳能发电，就可满足以色列全国的用电量。长期以来，以色列一直重视对太阳能技术的研究开发，该国的一些著名研究机构在太阳能开发技术领域取得了许多重要成果，使以色列在开发和利用太阳能技术方面居世界领先水平。,荷兰建成世界上最大的太阳能小区,荷兰中部城市阿姆斯费特附近建成了世界上最大的利用太阳能的小区，该小区占地约600公顷。小区建有600多座建筑及几十栋附属建筑，并吸引了6000多户居民在此安居。小区的日常用电基本上达到自给自足。另外，平时每户太阳能装置采集的多余的电能统一输送进当地的普通电网，防止了绿色能源的浪费。并且，在太阳照射不强的时候，住户可用电网的电而无需缴纳电费。小区内有两户连体示范性住宅是独立的，不与电网相连，属于自发电自消耗住宅。住户的太阳能装置年发电量为7500度，基本满足用户日常用电需求，达到能源产生与消耗平衡。称该住宅为“能源平衡住宅”。,中国如何利用我国西部广大太阳能源区,我国西部广大地区，处于高原，太阳光照强，是地球上开发利用太阳能的最佳地区之一。沙漠、戈壁是非农、牧用地。应充分开发利用，发挥其价值。,控制全球变暖的未来科学方案平流层气溶胶喷射法在平流层中释放一种汽溶胶物质，用它来阻挡照射到地球上的阳光的强度，从而降低地球的温度。但如果