红旗检阅车揭秘
毛慧琴，宋丽莉，黄浩辉，植石，刘爱君
（广东省气候与农业气象中心，广州５１００８０）
摘要：论文以Ｓｕｒｆｅｒ８．０以及地理信息系统（ＧＩＳ）软件Ｃｉｔｙｓｔａｒ３．０为平台，利用广东省８６个气象站历史测风资料以及沿海７２个风能测风塔临时观测资料，计算广东省空间分辨率为１ｋｍ×１ｋｍ格点上风能参数，进行了广东省风能资源的宏观区划和风电场选址区划；估算出广东省离地面１０ｍ高度上全省及各区划的风能资源理论可开发量为７．５０×１０４ＭＷ，技术可开发量为５．８９×１０３ＭＷ。为广东省风电开发宏观规划以及大型风电场的微观选址提供了科学而且精细的资源依据。 关键词：风能资源；风能区划；地理信息系统（ＧＩＳ）；广东
中图分类号：ＴＫ８１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－３０３７（２００５）０５－０６７９－０６
１引言
风力发电是当今世界新能源开发技术最成熟、最具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式，由于其在减轻环境污染、减少温室气体排放、促进可持续发展的突出作用，越来越受到世界各国的高度重视，并得到广泛的开发和应用D 至２００４年底，全世界总装机容量已经
达到４７６１６．４ＭＷD ２００４年年增长率达２１．２％，
中国总装机容量已经达到７６４．０ＭＷD ２００４年年增长率达３４．７％［１］。据欧洲风能协会和国际绿和平组织对未来世界风力发电市场的预测，
到２０２０年全球的风力发电装机将达到１２．３１×１０８ｋＷ，年安装量达到１．５×１０８ｋＷ，占全球发电总量的１２％。中国风电开发以及风电场预选址的主要资源依据是２０世纪８０年代前后完
成的风能资源普查和区划［２、３］，是以气象台站测风数据为基础，由于气象站的分布密度十分稀
疏（分布间距一般在３０～８０ｋｍ），它只能识别风能资源分布的宏观特征，已不能满足当前风能资源开发工作的需要。目前，应用新技术、新数据进行高分辨率和精细地形的风能资源评估的研究鲜见报道。本文以Ｓｕｒｆｅｒ８．０以及地理信息系统（ＧＩＳ）软件Ｃｉｔｙｓｔａｒ３．０为平台［４］，利用其
空间插值技术以及ＧＩＳ地形订正和空间模拟技术，
以广东省８６个气象站历史测风资料以及沿海７２个风能测风塔临时观测资料为基础数据，计算出广东省空间分辨率为１ｋｍ×１ｋｍ格点上风能参数，进行了广东省风能资源的宏观区划和风电场选址区划；估算出广东省离地面１０ｍ高度上全省及各区划的风能资源理论可开发量和技术可开发量D 为广东省风电开发宏观规划以及大型风电场的微观选址提供科学而且精细的资源依据。
２原始资料说明及推算
２．１资料来源
本文选用广东省８６个国家气象站建站至２００３年历史测风资料，
以及自１９８９年以来在广东省沿海地区先后设置的７２个风能测风塔资料。
自然资源学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＴＵＲＡＬＲＥＳＯＵＲＣＥＳ
第２０卷第５期
２００５年９月Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．５Ｓｅｐ．,２００５收稿日期：２００４－１２－２８；修订日期：２００５－０５－１０。
稳健经营
基金项目：广东省科技厅社会发展攻关课题（Ｃ３２００２）；中国气象局业务推广资助项目（１９０００００３Ｓ００３）共同资助。第一作者简介：毛慧琴（１９７４～），女，湖南武冈人，硕士，工程师，主要从事应用气象研究。
自然资源学报２０卷２．２短期风速的长期估算
根据ＧＢ／Ｔ１８７１０－２００２标准［５］，应对短期观测站所取得的数据进行长年代订正。本文采用一元线性回归模型［６］将临时观测点资料与邻近的长期观测站同步观测资料进行相关分析，并进行统计检验，通过检验后建立回归方程，得到长期数据序列。
２．３风速的空间推算
由于测风站的分布密度十分稀疏，国家气象站分布间距一般在３０～８０ｋｍ，在沿海地区，加上风能观测站后，其分布间距也只能达到１０～３０ｋｍ，因此，要获得空间分辨率为１ｋｍ×１ｋｍ的风参数，必须进行风速的空间订正，本文的风速空间推算方法如下：
２．３．１基于Ｓｕｒｆｅｒ８．０软件的空间推算
以全省８６个国家气象站历史测风资料以及沿海地区先后设置的７２个风能测风塔观测距地１０ｍ高度的数据为基础，采取离散点克里格插值方法（Ｋｒｉｇｉｎｇ）［７］，在Ｓｕｒｆｅｒ８．０软
件支持下，推算出全广东省１ｋｍ×１ｋｍ网格上距地１０ｍ高度年平均风速。
２．３．２基于地理信息系统（ＧＩＳ）软件Ｃｉｔｙｓｔａｒ３．０软件的风速海拔高度订正
众所周知，风速的异地订正所需的必要条件是应具备两地的同步观测资料，但目前条件下，针对不同海拔高度间的对比观测试验非常少，本文在普查了广东省历史上的所有相关观测的基础上，选取现有的几个高山站与相邻气象站同期历史测风数据，采用比值法［８］进行对比分析，结果显示：内陆山区（离海岸线距离≥５０ｋｍ），海拔高度每增高１００ｍ，年平均风速平均增大０．４５ｍ／ｓ，在此笔者称之为风速的海拔高度订正参数。
将广东省按县市行政边界分为１０４个多边形，每个多边形选取一个测风点（包括气象站或临时测风点）。以各测风点的海拔高度为基准，针对每个多边形区域，利用海拔高度订正参数和广东省高分辨率数字高程数据，在地理信息系统（ＧＩＳ）软件Ｃｉｔｙｓｔａｒ３．０平台上按真实地形进行风速的海拔高度订正，空间分辨率为１ｋｍ×１ｋｍ，订正到距地面１０ｍ的高度。２．３．３误差分析
为了验证两种空间推算方法的精度，本文选取沿海新设的几个测风点的实测资料以及几个高山站的资料进行了误差对比分析，发现沿海及低海拔地区，用Ｓｕｒｆｅｒ８．０软件空间推算精度较高，其误差在０．１～０．２ｍ／ｓ之间；Ｃｉｔｙｓｔａｒ３．０软件推算结果精度较低，误差高达１ｍ
／ｓ。在内陆海拔较高地区用Ｓｕｒｆｅｒ８．０软件空间误差相对较大，达到０．５～１．２ｍ／ｓ；用Ｃｉｔｙｓｔａｒ３．０软件推算的误差在０．１～０．３ｍ／ｓ之间。经过综合分析，本文以海拔８０ｍ为界，低于８０ｍ的地区用２．３．１中的方法推算G高于８０ｍ的地区用２．３．２中的方法推算。
３风能参数计算方法及区划指标
３．１风能参数计算
３．１．１平均风功率密度
风功率是指在单位时间内气流流过垂直于风速截面积所获得的能量，某一时段内的平均风功率密度计算公式为［９］：
Ｐ"＝１
２ｎ
ｎ
ｉ＝１
#ρＶ３ｉ（１）
式中，Ｐ"为设定时段的平均风功率密度（Ｗ／ｍ２）；ｎ为设定时段内的记录数；Ｖ３
ｉ
为第ｉ记录风速（ｍ／ｓ）值的立方，ρ为空气密度（ｋｇ／ｍ３），其值根据下式计算。
ρ＝１．２７６
１＋０．００３６６ｔｐ－０．３７８ｅ
lc低通滤波器
１０００
（２）
韧性剪切带式中，ｐ为气压（ｈＰａ）；ｔ为气温（℃）；ｅ为水汽压（ｈＰａ）。６８０
５期毛慧琴等：广东省风能资源区划研究表２风电场选址区划指标
Ｔａｂｌｅ２Ｉｎｄｅｘｆｏｒｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｄｉｖｉｓｉｏｎｆｏｒｃｈｏｏｓｉｎｇｗｉｎｄｆａｒｍｓｉｔｅｓ
高产区
可开发区潜在开发区潜在利用区１０ｍ有效风功率密度（Ｗ／ｍ２）≥２５０１５０～２５０
１００～１５０５０～１００１０ｍ年平均风速（ｍ／ｓ）
≥６．２５．６～６．１４．５～５．５４．０～４．４有效风功率密度是指设定时段内，风力机风轮启动风速（３ｍ／ｓ）与切出风速（２５ｍ／ｓ）之间单位风轮面积上的平均风功率。
３．１．２风能资源总储量［１０］
Ｅ＝１１００ｎｉ＝１"ＳｉＰｉ（３）
式中，
Ｅ为风能资源总储量；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风功率代表值，其取值如下：
Ｐ１＝１７５Ｗ／ｍ２（１５０～２００Ｗ／ｍ２区域风功率密度代表值）。
Ｐ２＝２２５Ｗ／ｍ２（２００～２５０Ｗ／ｍ２区域风功率密度代表值）。
Ｐ３＝２７５Ｗ／ｍ２（２５０～３００Ｗ／ｍ２区域风功率密度代表值）。
……（根据需要Ｐｉ以５０Ｗ／ｍ２间隔递增）。
３．１．３风能资源技术可开发量
风能资源技术可开发量由下式计算：
Ｅｕ＝７．８５×１０－４ｎｉ＝１"ＳｉＰｉ
（４）
式中，Ｅｕ为风能资源技术可开发量；Ｐｉ为风功率密度≥１５０Ｗ／ｍ２区域的区间代表值。３．２风能区划指标
有效风功率密度（风速在３～２５ｍ／ｓ）的大小分布是刻画风能资源优劣的有效指标，通常以４级区划标准来进行风能资源的宏观区划［９］（表１）。风能资源的宏观区划指标仅粗略地划分了风能的分布趋势，尚不能有针对性地指导大型风电场的选址需求。为此，本文根据近几年来国内外大型风电场建设运行现状和未来发展趋势，以及国内风电场选址、建设的实际操作需要，对表１的宏
观区划指标，做了进一步改进。本文参照《风电场风能资源评估方法》ＧＢ／Ｔ１８７１０－２００２，综合分析评估广东省风能资源的自然状况和开发利用技术的发展，针对可并网发电的大型风电场选址建设，提出广东省风电场选址区划指标（表２）。
４计算结果
依据表１的区划指标，计算广东省各地１０ｍ高有效风功率密度值，图１（见图版Ⅰ）显示
了其分布状况。由图１可见，
广东的风能丰富区（图１中粉红部分）主要分布在外部沿海以及近海岛屿；沿海的内凹海湾地区，有效风功率密度只能达到较丰富区的量级。广东省内陆地区高山上的风能也可以达到丰富的量级，其中位于南岭山脉的天井山、石坑崆一带和广东省西南部的云开大山山脉的风能资源丰富区较为集中，其它高山的风能分布较为零散。
依据表２的选址区划指标，计算出各区的陆地面积及风能储量（表３），并绘制出广东省风电场选址区划图（图２，见图版Ⅰ）。分析图表可得：
表１宏观风能区划指标Ｔａｂｌｅ１Ｉｎｄｅｘｆｏｒｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｄｉｖｉｓｉｏｎ风能分区１０ｍ高效有效风功率密度（Ｗ／ｍ２）丰富区＞２００
朱宏利
较丰富区１５０～２００
可利用区５０～１５０
贫乏区＜５０６８１
６８２
自然资源学报２０卷
表３广东省各产区陆地面积和风能可开发量
Ｔａｂｌｅ３Ｇｕａｎｇｄｏｎｇｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｅｘｐｌｏｉｔａｂｌｅｃａｐａｃｉｔｙａｎｄａｒｅａｆｏｒｅａｃｈｄｉｖｉｓｉｏｎ
总量高产区可开发区潜在开发区潜在利用区面积（ｋｍ２）９０１０７１７９７８３６０６５９９７３３５１理论可开发量（ＭＷ）７．５０×１０４５．７２×１０３１．５４×１０４７．９９×１０３４．５８×１０４
技术可开发量（ＭＷ）５．８９×１０３４．４９×１０２１．２１×１０３６．２７×１０２３．６０×１０３
（１）广东省有９×１０４ｋｍ２面积的风能资源可以达到潜在利用以上量级，理论可开发总量为７．５０×１０４ＭＷ，技术可开发总量５．８９×１０３ＭＷ。
（２）广东省高产的风电场（图２中红部分）主要分布在向外海突出的沿岸、近海岛屿和内陆地区的高山山顶一带，面积为１７９７ｋｍ２，理论可开发量为５．７２×１０３ＭＷ，技术可开发量４．４９×１０２ＭＷ。
（３）广东省可开发的风电场（图２中黄部分）分布在沿海近海岸区域，较高的山地也有零星分布，面积为８３６０ｋｍ２，理论可开发量为１．５４×１０４ＭＷ，技术可开发量１．２１×１０３ＭＷ。
（４）广东省风能的潜在开发区（图２中绿部分）分布在沿海和河口一带，面积为６５９９ｋｍ２；理论可开发量为７．９９×１０３ＭＷ，技术可开发量６．２７×１０２ＭＷ。
此外，内陆山区的风电场，由于交通、电网和施工条件的限制，开发难度会大一些，但是，如果风能资源特别丰富，则建成后的风电场将会产生丰厚的回报。
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６８３５期毛慧琴等：广东省风能资源区划研究
ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＷｉｎｄＥｎｅｒｇｙＲｅｓｏｕｒｃｅＤｉｖｉｓｉｏｎ
ｉｎＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ
ＭＡＯＨｕｉ－ｑｉｎ+ＳＯＮＧＬｉ－ｌｉ+ＨＵＡＮＧＨａｏ－ｈｕｉ+ＺＨＩＳｈｉ－ｑｕｎ+ＬＩＵＡｉ－ｊｕｎ
（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＣｌｉｍａｔｅａｎｄＡｇｒｏｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃＣｅｎｔｅｒ+Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１００８０+Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ;Ｉｎｔｈｅｒｅｃｅｎｔ３０ｙｅａｒｓ+ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅａｌｌｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ+ａｎｄｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｃｏｕｎｔｒｉｅｓｈａｖｅｐａｉｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｉｓｎｅｗｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅ．Ｂｙｔｈｅｅｎｄｏｆ２００４Rｔｈｅｔｏｔａｌｃａｐａｃｉｔｙｏｆｗｉｎｄｐｏｗｅｒｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｗｏｒｌｄｉｓ４７６１６．４ＭＷｗｉｔｈａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒａｔｅｏｆ２１．２％ｉｎ２００４．Ｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｃｈｉｎａｉｓ７６４．０ＭＷ+ａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒａｔｅｉｓ３４．７％ｉｎｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｅｒｉｏｄ．ＷｉｎｄｐｏｗｅｒｉｎＣｈｉｎａｈａｓｓｔｅｐｐｅｄｉｎｔｏａｆａｓｔｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｔａｇｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ+ｉｎＣｈｉｎａ+ｔｈｅｍａｉｎｗｉｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃｈｏｏｓｉｎｇｗｉｎｄｆａｒｍｓｔａｔｅｓｉｓｔｈｅｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｄｉｖｉｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍｅｄｂｙＺＨＵＲｕｉ－ｚｈａｏｉｎｔｈｅ１９８０’ｓｗｈｉｃｈｃａｎｏｎｌｙｇｉｖｅａｒｕｄｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｆｏｒＣｈｉｎａ’ｓｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｄｉｓｔｒｉ－ｂｕｔｉｏｎ+ｂｅｃａｕｓｅｉｔｓｄａｔａｉｓｆｒｏｍｗｅａｔｈｅｒｓｔａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔａｎｃｅｕｐｔｏ８０ｋｍ．Ｓｉｎｃｅｗｉｎｄｉｓａｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｖａｒｉａｎｔｗｈｉｃｈｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｔｅｒｒａ
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ｅａｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｄｅｔａｉｌｅｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃｐｒｏｊｅｃｔｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｓｉｔｅｃｈｏｏｓｉｎｇｆｏｒｌａｒｇｅｗｉｎｄｆａｒｍｓｆｏｒｗｉｎｄｐｏｗｅｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．
三个扬州Ｋｅｙｗｏｒｄｓ;ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｒｅｓｏｕｒｃｅ‘ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｄｉｖｉｓｉｏｎaＧＩＳaＧｕａｎｇｄｏｎｇ
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