浅谈气象能源的开发与利用

胡敏哲 兰州资源环境职业技术学院

浅谈气象能源的开发与利用

胡敏哲 兰州资源环境职业技术学院

本文主要讨论气象能源的特点以及利用气象学手段研究和开发气象能源，指出开发气象能源的重要性，说明气象部门在气象能源的研究上须在资源评估、预报保障、灾害风险防御三个方面继续努力并发布相关气象信息服务以实现同其它部门、单位的资源共享。

世界能源现状;气象能源;气象学研究气象能源的方法;气象信息发布

能源发展问题始终与国际政治、安全和经济形势密切相关。进入21世纪以来经济全球化给世界各国既带来了更均衡合理分配地球上能源资源的机遇，也使国际关系在能源方面面临着许多问题和挑战。

1.世界能源的现状及趋势

1.1 能源的需求现状

目前能源的总需求仍然以化石燃料为代表的常规能源(石油、天然气和煤炭)为主，可再生能源、核能等新能源并存的多样化能源格局。据有关部门统计，今后10～25年常规能源消耗将保持在总的能源消耗的80%左右。石油依然是重要的能源，将保证全球能源需求的约40%。其后是天然气(28%)、煤炭(20%)、可再生能源(7%)和核能(5%)。2004年世界能源消耗构成中常规能源占87.7%，具体见表1。

表1 2004年世界能源构成统计表

1.2 世界能源问题

1.2.1 能源分布不均引发国际争端

以常规能源中所占比重最大的石油来说，在空间分布上极不均衡。从东西半球看，主要集中于东半球（占总量的3/4）；从南北半球看，主要集中在北半球；从纬度上看，主要集中在两大纬度带。第一个集中纬度带，北纬20～40度，拥有世界最大的波斯湾、墨西哥湾和北非产油区，产油量占全球产油量的51.3%。第二个集中纬度带，北纬50～70度，拥有世界著名的北海产油区、伏尔加及西伯利亚产油区和阿拉斯加湾产油区。根据2004年BP世界能源统计，截止到2003年年底，全世界剩余石油探明可采储量为1565.8亿吨。全球七大产油区依次为：中东（63.3%）、俄罗斯/独联体、北美（5.5%）、亚太、南美（8.9%）、非洲（8.9%）和欧洲（9.2%）。其中，中东地区以160.8亿吨的储量位居榜首。

全球石油分布不均导致三次石油危机，（1）由于第四次中东战争爆发导致第一次危机（1973年10月）；（2）由于伊朗政局变化（伊朗亲美的温和派国王巴列维下台）加上两伊战争导致第二次危机（1978年底）；（3）由于伊拉克攻占科威特以后导致第三次危机（1990年8月初）。三次石油危机对世界经济造成了严重的冲击，所有工业化国家的经济增长在石油危机中都明显放慢。

1.2.2 常规能源日趋枯竭引发经济衰退

由于石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源枯竭，同时新的能源生产供应体系又未能建立而在交通运输、金融业、工商业等方面造成的一系列问题统称能源危机。根据经济学家和科学家的普遍估计，到2100年左右，石油资源将会开采殆尽，其价格升到很高，不适于大众化普及应用的时候，如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害为重。最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩，或甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争。

1.2.3 大量使用常规能源引发环境问题

大量使用常规能源，引发严重的大气环境问题，目前全球三大大气环境问题（全球变暖、酸雨、臭氧空洞），都和大量使用以石油为主的常规能源有关。

2.气象能源及其特点

2.1 气象能源的概念

人们将气象要素直接产生的能源成为气象能源，主要包括太阳能和风能。

2.2 气象能源的优越性

2.2.1 它可以作为永久性的能源。太阳至少还可像现在这样有60亿年，可以被人类利用。风能伴随太阳能而存在。

2.2.2 储量巨大。太阳每秒钟要辐射巨大的能量,虽然只有几十亿分之一的能量到达地球的大气上界,但这个能量约为180×10^12kW,是目前全世界能量消耗的几万倍。风能是目前全世界能量消耗的三千倍。

2.2.3 它普遍存在，无需运输。地球上任何地方都存在气象能源,因而利用它可以就地取能,不必运输。

2.2.4 它不污染环境、不破坏生态。气象能源是一种清洁的、无污染的能源。这在环境污染越来越严重的今天,使人们越加重视对气象能源的研究和利用。

3.借助气象学手段研究和开发气象能源

3.1.根据气象因子对我国太阳能资源进行区划

我国的太阳能资源进行基本的区划研究是1980年进行的，当时中国气象科学研究院、中国科学院能源所、中国农业工程研究院等单位通过对全国700个站点的资料进行计算，并分析各站多年平均日照百分率的年变化曲线，以年变化曲线中的最大值（峰值）出现的月份（季节）作为区划划分的一级标准。据此将全国划分为三个带：A带（主峰值出现在秋季9～10月）；B带（主峰值出现在冬季12～2月）；C带（主峰值出现在夏季6～8月）。

1982年王炳忠以太阳能资源的年总量为一级区划指标，日照时数≥6h的天数出现最多和最少的月份分布为二级区划指标，日间太阳能利用的有利时段为三级区划指标，对全国太阳能资源进行区划，见表2。

3.2 根据气象因子对我国风能资源进行区划

根据研究我国风能潜力可划分为四类区域，具体见表2及表3。

表2

表3

我国风能丰富区主要分布在东南沿海、山东、辽宁沿海及其海上岛屿、内蒙古北部及新疆山口风区，松花江平原；风能较丰富区主要分布在青藏高原；风能可利用区主要分布在两广及福建沿海，东部沿海平原，东北大小兴安岭及长白山地区，三江平原，华北、西北及青藏高原的东部和南部地区；风能贫乏区主要分布在以四川为中心向四周扩展的地区，雅鲁赞布江河谷，塔里木盆地。

4.要使气象能源成为人类利用的主要能源还需很大的努力

4.1.气象能源利用上困难较大

首先，气象能源的总能量虽然巨大，但是集中，能量往往在一个时间段、在一个地区几种释放，而且气象能源的分布面很广，能量密度较低。其次，气象能源的稳定性差，很难找到合适的仪器捕捉并储存这些能源。

4.2.气象能源的研究只停留在调查、统计、区划等初级阶段，气象能源的研究还需在如下方面继续加强

一是在资源评估方面，应进一步加强对近海风能资源的调查工作，目前近海只是设置了少量的观测塔，尚不能很好地解决问题，加强数值模式与观测塔评估的综合运用，将是未来风能资源详查方面的重点。二是预报保障方面，包括高分辨率和高预报准确率的风电功率预报系统，以及太阳能发电和热利用预报技术方面，目前国内还处于起步阶段。三是灾害风险防御，包括台风、高温、雷击、低温、高湿等一系列灾害风险对电站选址的影响，极端天气对风电场、太阳能电站、电网等的相关监测、预警技术等，以便更好地满足将来非化石能源市场发展的服务需求。

4.3.气象能源的研究和利用应该做到资源共享，长期气象信息服务

作为一种气象资源，风能、太阳能资源来源于最基本的气象要素，同时影响风能、太阳能资源的气象因素众多，如云量的空间分布、气溶胶的影响、极端温度、特强沙尘暴等都会对太阳能利用产生影响。所以，开发风能、太阳能资源离不开气象信息服务，尤其是长期观测得出的气象信息的基础气候信息的支持。只有做好这些前期“勘探”工作，才能开展后续一系列的开发利用工作。

[1]胡毅，等.应用气象学.气象出版社

[2]王炳忠.太阳辐射能的测量与标准.科学出版社

[3]王炳忠.中国太阳能资源利用区划.太阳能学报.1983年03期

[4]朱瑞兆，薛桁.中国风能区划.太阳能学报.1983年02期

[5]世界能源供需现状与发展趋势分析.中国能源报

[6]黄美元，徐华英.大气环境学.气象出版社

[7]巢清尘.我国风能、太阳能资源利用前景.中国社会科学报

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.001