刍议中国风能资源气候特征和开发潜力研究

刍议中国风能资源气候特征和开发潜力研究

高永康

龙源（北京）新能源设计研究院有限公司 陕西西安710000

摘要：近年来，我国大力发展双碳战略，旨在全面促进低碳经济发展。风能资源作为主要的新能源之一，科学开发与利用风能资源能够减少传统能源的使用量，起到保护生态环境与减少环境污染的作用。但目前，我国风能资源的开发与利用量尚未充分满足社会电力需求，继续深入研究中国风能资源气候特征，加大风能资源开发力度。鉴于此，本文主要内容是分析与研究中国风能资源气候特征和开发潜力，以期为充分挖掘与发挥风能资源开发潜力提供参考与借鉴。

关键词：风能资源；气候特征；开发潜力

引言：我国内陆地形地貌较为复杂，整体地貌呈现为东高西低阶梯式态势，结合我国季风气候特征，能够初步分析出我国风能资源气候特征，进而为充分挖掘风能资源开发潜力提供依据。基于此，本文展开对中国风能资源气候特征和开发潜力的研究。

一、中国风能资源气候特征及其成因

（一）影响风能资源分布与变化的因素分析

中国属于北半球的中纬度区域内，对流层上方气流会以由西向东的方向流动。同时，基于宏观角度观察中国地形分布，发现其总体上属于东低西高，将高度差作为衡量标准可以自东向西将中国分为三个逐级下降的区域。站在理论角度分析，可以得知青藏高原和盆地的下游地区会因地形因素影响而降低风速；而在高原顶部区域会因气流爬升而产生较大风速。

由于中国位于亚洲大陆东部且临近太平洋，因此中国季风强盛，属于世界中著名的季风区之一。所谓季风，是指同年中海洋与大陆的冷却与增热程度不同，进而在海洋与大陆之间形成风向随季节有规律地改变且范围广阔的风[1]。中国内陆地貌多元化、地形复杂化，加之青藏高原耸立于中国西部地区，在一定程度上改变了海陆影响后所产生的大气环流与气压分布，提升了我国季风的复杂程度。由东北至西南，以大兴安岭、阴山、冈底斯山、巴颜喀拉山、贺兰山为界线。在该界线的西部地区，以青藏高原为标准，其北部属于非季风区、其南部属于高原季风区；该界线的东部地区为季风区。冬季季风区会在西伯利亚、蒙古等中高纬度内陆高压的控制下使干冷的西北风在华北地区盛行，当寒冷且赶在的冷空气累积到一定程度后，会在高空环流的作用下形成寒潮，同时在频频南下的强冷空气的影响下，干燥寒冷的西北风会直接侵袭中国北方各个省份。每年中都会存在若干次大幅度降温的强冷空气南下，对中国的华北、东北、西北等地区产生了较大的影响，直至次年春夏交替之际在温度回升而消失；夏季季风主要来源印度洋与南海的西南风、太平洋的东南风等，西南季风影响中国的西南地区以及南部沿海城市，而东部季风主要影响我国东部地区。除此之外，每年夏秋两季我国会频繁受到南海热带海洋和太平洋西部上形成的空气漩涡的影响，即热带风暴。

在影响近地面风速垂直分布变化的因素中，太阳辐射的周日循环变化是较为主要的因素之一。日出后地表温度会在太阳辐射作用下升高、日落后地表温度会冷却下降，在此过程中会导致大气边界层以稳定大气、中性大气、不稳定大气的顺序进行反复变化，进而对近地层风速的垂直分布造成影响。

（二）中国风能资源区域分布特点及成因分析

中国高风速值区域主要分布于海上、“三北”地区以及青藏高原，而低风速值区域主要位于青藏高原背风区的中东部地区。

青藏高原西部、中部的100m高度中，年平均风速约在6-8m/s左右。同时，通过我国气象站对青藏高原区域风速的观测，也可以表明青藏高原属于我国大风多发区之一。年均瞬时风速超出16m/s的天数约在85天左右[2]。究其原因是青藏高原特殊地形所致，即高海拔的青藏高原地形会形成大气抬升运动，进而加速青藏高原顶部的气流变化速率，最终形成大风速环境。

除此之外，高度在100m以上且年均风速在6-8m/s的区域还包括云贵高原、黄土高原、蒙古高原等。云贵高原位于青藏高原东南侧的季风区中，由于该地区无高达地形阻挡，因此在夏季季风的影响下会加速该区域的气流运动速率，但由于其属于高海拔的大起伏类型山地，故风速高值往往会以零散分布状态呈现；黄土高原与蒙古高原处于非季风区，年均风向趋于稳定[3]。与黄土高原相比，蒙古高原的地形更加平坦、宽阔，因此该区域属于我国大风多发区之一。

二、中国风能资源开发潜力分析

中国人口基数庞大且产业结构多元化、复杂化，每日能源消耗量不计其数，因此中国世界各国中属于能源进口大国，为有效促进我国的可持续健康发展，则应当加强对可再生能源的利用，如风能、太阳能等，以此避免因传统能源的过度使用而出现生态环境污染、资金消耗加剧等问题。就现阶段来看，我国在风力资源方面仍具有较大的开发利用空间，相关政府单位应当结合实际情况，对各风能资源丰富的地区进行动态化调查，提高对风电设备的补贴力度与建设范围。

对于风能资源开发潜力与年发电量而言，其与城市保护区与自然保护区位置和面积、土地利用性质及水体、地形坡度、地形地貌、年平均风速等相关因素相关。我国地形地貌多元化，据统计我国丘陵、山地、高原的面积约占总国土面积的63％左右。由此可见，在上述对风能资源开发潜力与年发电量的影响因素方面，除年平均风速外，地形坡度与地形地貌对风能资源的开发利用率影响最高。对不同土地可利用率等级所代表的可利用土地面积在中国风能资源可开发利用土地总面积中占比可以得出以下结论，即在80m、100m、120m、140m的高度中，土地可利用率等级在0.2-0.4、0.6-0.8、0.8-1.0的可利用土地面积占比较高，分别占中国风能资源可开发利用土地总面积的39％、32％、26％。如图1所示，中国陆地100m高度以上的不同土地可利用率等级分布示意图。

0.2-0.4等级的区域在我国分布十分广泛，几乎遍布中国各个位置；0.6-0.8等级的区域主要分布于海南北部沿海、广东湛江沿海、陕西榆林中毛乌素沙地、宁夏盐池、青海柴达木流域西部平原、新疆布尔津等区域；0.8-1.0等级的区域主要分布于新疆吐鲁番、新疆哈密、甘肃北山、甘肃酒泉以及内蒙古西部等[4]。由此可见，高度在100m以上的土地可开发利用率0.6-1.0的区域面积约占中国风能资源可开发利用总面积的58％左右，以“三北”高原平坦地形为主要聚集地，对于西部地区中部分植被覆盖稀少的区域中，其土地可开发利用率高达0.8-1.0之间。综上，“三北”地区是适合建设大型风电基地或风电场，以此确保风能资源的高利用率。

图1中国陆地100m高度以上的不同土地可利用率等级分布示意图

结束语：

综上所述，随着风能资源开发利用技术、风能资源评估技术的不断完善与进步，我国对风能资源储量的了解也会愈加精细化、合理化，同时使更多的风能资源得到良好的开发与利用。在当今时代背景下，可再生清洁能源逐渐成为未来能源行业的发展目标，诸如太阳能、风能等，加强风能资源的利用率不仅能够有效落实我国生态环境保护理念与相关政策，同时也能够降低各个行业对传统能源的依赖性，推动全国上下的可持续健康发展。

参考文献：

[1] 廖花妹,黄莉,谢水石,等. 近60年中国大陆风速变化特征及影响因素分析[J]. 赣南师范大学学报,2023,44(3):95-102.

[2] 朱蓉,徐红,龚强,等. 中国风能开发利用的风环境区划[J]. 太阳能学报,2023,44(3):55-66.

[3] 丁一汇,李霄,李巧萍. 气候变暖背景下中国地面风速变化研究进展[J]. 应用气象学报,2020,31(1):1-12.

[4] 常蕊,肖潺,王阳,等. 全球变暖背景下风电开发面临的气候服务挑战[J]. 全球能源互联网,2021,4(1):28-36.