浅谈风力发电资源开发的利弊

梁志文

内蒙古气象服务中心

内蒙古自治区目前有条件的盟市旗县均开展了风能资源开发利用工作，确定了利用风能资源开发为主要建设，在短短10 年时间内，内蒙古西部已建成大大小风电场100 多家，机组发电量从5 万千瓦、10 万千瓦到20 万千瓦不等。建设速度之快，规模之大在自治区乃至全国也属罕见。 随着风电场的建设，发电量的增加，出现了窝电现象，这不仅造成了资源的浪费，而且开发规模对当地气候产生的影响也应该引起关注。在近几年的工作调研中，走访多家风电场，针对气候资源开发利用和风电场资源开发利用过程中存在的矛盾和问题进行探索总结，使其更加合理、更为科学地开发利用气候资源和风力发电资源。

一、风电场对局地气候要素气象变化的影响

1.风电场上下游对比

国内外一致结论： 风电场的存在使下游风速变慢。 国内外一些相关的科研机构，利用数值模拟风电场的局地气候效应，通过对风电场建设前后、风电场上下游区域气象观测资料的对比分析，证实了风电场对风速的衰减效应。 经过风电场运行对动量的吸收，以及风机的摩擦力作用，在风电场下游6 公里处的衰减系数为0.86， 下游8 公里处的衰减系数为0.88，下游11 公里处的衰减系数为0.90，一般在20 公里左右影响渐渐减弱。 影响距离还受风电场规模制约，最大可达30～60 公里（除风电场的阻塞作用外）。

2.风电场局地气温明显变化

风电场除了使下游风速减慢，还会使当地气温产生变化。通过科研机构的数值模式计算和观测实际结果基本一致。 也就是说风电场运行期间，从凌晨1 时至早晨7 时具有增暖效应；中午13 时至晚间21 时则具有降温效应，而且这些效应相当明显。 能够导致这种时而增温、时而降温的主要原因是风电场在运行时加强了大气的垂直混合，实际情况是夜间，稳定大气的暖层在上，冷层在下，风机的运行，加强了垂直混合，造成暖空气下行冷空气上行，近地面就变暖升温；白天则相反，不稳定大气的冷空气在上，暖空气在下，湍流混合再加上垂直混合，形成冷空气下行暖空气上行，近地面就变冷降温。 这种影响取决于近地大气层的稳定度，不同的稳定度受风电场运行产生的变温效应也不同。

3.风电场对局地气候的影响

通过分析风电场对局地风向、风速、温度、气压、湿度、降雨等气候变化，在关注风电场对局地气候影响的同时，国外一些科研机构已经利用的数值模拟技术，总结出大规模风电场建设对全球气候也有着一定影响。 主要表现在两个方面，一是全球风速将可能明显减小，二是全球年平均气温将可能继续升高，加剧气候变暖，并引起其它相应的气候变化。

二、风力发电资源开发利弊

在全球变暖的大背景下，风能资源作为重要的清洁能源在全球许多地区得到广泛的开发利用，越来越多的大型风力发电场正在不断的建立和投入运行。但任何事物的发展都具有利弊，从目前来看，风能资源的有效利用缓减了对化学能源的依赖， 降低了碳排放，保护了环境。 在风力发电资源的开发利用建设过程中，人们更关注局地天气气候条件状况，更关注气候变化对风电场的影响，但是风电场建设是否

会对大气中的气压、风向、风速、温度、湿度、降雨甚至是气候变化产生影响关注不足。 很显然，大气的流动与水流的流动有相似性，但大气的流动比水流更具有不确定性（主要原因是大气边界的不确定性）。我们知道大气运动理论上是单圈环流和三圈环流，三圈环流只受太阳辐射和地球自转影响所形成的环流圈，是理想的模式。 如果把大气流场比喻成一条河，那么风电场就像建在河道里的建筑物，风机就像种在河道里的树木，必然会影响到大气的正常流动，如果密度过大，布局不合理，必定会导致大气的乱流、漫滩甚至改道，后果难以预测，结果可能是灾难性的。

三、盲目开发可能会带来严重后果

风电场建设布局不合理会造成风电场之间互相干扰。上游风电场的建设使用对下游风电场的建设运行影响明显。上游风电场会使下游风电场的发电效率下降，甚至无法正常运行。 风电场自身建设规模也应该控制在一定范围之内，过度扩张会造成风电场中心位置风机的“枯萎”效应。同时也会加剧风电场对局地乃至全球气候的影响。经国内外一些科研机构研究证明，如果在欧洲、北美和东亚三个风能资源丰富区域设置风电场， 并使风能发电占全球总能源的10%以上时，利用全球大气环流模式研究风电场对全球气候的影响， 数值计算得出了风电场的影响不只是局地的，大面积风电场的设置对全球和洲际尺度气候变化的影响不可忽视，特别是风电场对局域地区近地层气温影响可高达±1～2℃。但由于气候模式的不确定性以及风电场模拟试验设计的不确定性，大面积建立风电场对全球气候变化的宏观影响在国内外科学界还存在很多分歧和争论，对于气候与风电场的数值试验和研究还需要进一步的科学探讨，还需要科学观测和验证。

四、合理的开发和论证的必要性

合理的开发和论证是气候资源开发利用和风电场资源开发利用的必要前提。由于风电场对局地气候会产生一定的影响，专家建议，在风电场的建设中必须注意风电场之间的间距，最小间距应大于30 公里，以减小风电场之间的相互干扰和影响。 另外，气象观测场需要与风电场保持一定距离，以确保气象观测资料的准确性及不受风电场干扰。 在建设风电场过程中，可以选用功率更大的单机，以降低风机密度；可以通过改造风机，提高风机效益；可以选择风力资源丰富、下垫面适合的地区，以减小风电场对局地气候的影响。 在建设风电场前，应请专业部门对当地风能资源蕴藏量进行评估，对勘测数据进行论证，科学合理的开发利用风能资源。