上海沿海风能资源评估

王晓亮，孙同美，徐晶晶，齐安翔，陈美榕

（国家海洋局东海预报中心，上海 200081）

上海沿海风能资源评估

王晓亮，孙同美，徐晶晶，齐安翔，陈美榕

（国家海洋局东海预报中心，上海 200081）

利用上海沿海5个站点风要素资料，通过统计分析，估算上海海域可开发的风能储量。东海大桥附近海域、崇明岛以东海域、南汇和横沙东滩以东海域、远海风电场为丰富区，风能资源储量约为3 373.1×104kW；杭州湾北岸奉贤海域为较丰富区，风能储量约为38.3×104kW；长江口水域为可利用区。

上海沿海；风能储量；评估

海洋风能作为一种清洁可再生能源，已成为国际风力发电产业发展的新领域。虽对海洋生态环境具有一定的影响[1]，但因海洋风能具有陆地风能不可比拟的优势，世界各国力争通过合理规划使其得到充分利用。在丹麦、石荷州（德国）等国家或地区，海洋风能发电量占其总电量的10%[2]，并随着海上风电场的扩建比重不断增大。在我国，海面10 m高度可开发利用的风能资源储量约为750 GW[3]，发展潜力巨大。

上海地处中纬度，属亚热带季风气候，是我国海洋风能较为丰富的区域之一[4]。2009年东海大桥风电场顺利建成并成功并网发电，标志着我国海洋风力发电产业稳稳走出第一步[5]。为充分利用海洋风能，上海市制定了风力发电的中长期规划和目标，并将其作为城市发展的重要组成部分。

本文利用上海5个站点风要素资料，对上海沿海可开发利用区域的风能资源进行评估，为上海沿海风能资源利用提供依据。

1 数据资料

选取上海崇明堡镇、佘山岛、大戢山、东海大桥B平台和滩浒岛5个站点的逐时风速、风向观测资料以及气温、气压等辅助要素资料。风速、风向、气温和气压资料严格按照《海滨观测规范》[6]要求进行观测，并经三级审核进行质量控制。各站点信息见表1，站位设置见图1。

学者研究发现，根据“代表年”计算获得的风功率密度与常年平均值十分接近，差异在0～4%或更低[7]。因此，本研究中佘山岛、大戢山和滩浒岛站点选取自建站年起至2009年间3个代表年份(各站点的代表年不尽相同)的风功率密度，按算术平均值进行计算。东海大桥B平台站和崇明堡镇站因建站时间较短，直接采用2008—2009年资料进行统计。

表1 上海沿海5个站点信息

2 研究方法

依据《全国风能资源评价技术规定》[8]、《风电场风能资源评估方法》[9]等进行风能资源评估。风速订正和各参数计算公式如下：

图1 上海沿海5个站点位置

（1）风速订正

利用风速订正公式将其统一订正至海面10 m高度层风速，订正公式：

式中：V10为海面10 m高度风速（m/s）；VZ为Z米高度风速（m/s）；Z 为风传感器高度（m）；Z0为海面粗糙度，与海面风速有关[10]。风速小于5 m/s时，取0.001 m；风速在5～15 m/s之间时，取0.003 m；风速大于15 m/s时，取0.005 m[11]。

（2）有效风时

统计代表年测风序列中风速在3.0～25.0 m/s的累计小时数。

（3）风功率密度

风功率密度是与风向垂直的单位面积中风所具有的功率，是衡量一个地区风能大小，评价一个地区风能潜力的重要指标。设定时段内逐小时的平均风功率密度公式为：

式中：DWP为平均风功率密度（W/m2）；n为在设定时段内的记录数；ρ为空气密度（kg/m3）；为第i记录的风速（m/s）值的立方。

需注意的是，DWP应是设定时段内逐小时风功率密度的平均值，不可用年（或月）平均风速计算年（或月）平均风功率密度。空气密度可按公式（3）计算：

式中：ρ为空气密度（kg/m3）；P为年平均大气压力（Pa）；R为气体常数（287 J/kg·K）；T为年平均空气开氏温标绝对温度（℃＋273）。

（4）风能资源总蕴藏量

式中：E为风能资源总储量（W）；n为风功率密度等级数；Si为 i级风功率密度区的面积（m2）；Pi为 i级风功率密度代表值（W/m2）。

3 风能资源评估

3.1 风能分布特征

根据上述研究方法，各测点代表年海面10 m高度风速、年有效小时数和年风功率密度统计结果分别见图2、图3。

图2 上海沿海5个站点各月、多年平均风速

图3 上海沿海5个站点年有效小时数

（1）上海沿海多年平均风速介于3.5～6.0 m/s之间，其中崇明堡镇站点多年平均风速最小，佘山站年平均风速最大。崇明堡镇为岸基站，月平均风速变幅较大；其他站点为海区站，月平均风速变幅较小。即海区站平均风速大于岸基站，且海区站更为稳定；

（2）5个站点的年有效风时均在5 500 h以上，并且海区站明显大于岸基站；

（3）年风功率密度变化范围在130～320 W/m2之间。且海区站大于岸基站，这与平均风速及年有效小时数的区域分布特征相一致。

3.2 风能资源选划与评估

根据5个站点的年风功率密度和年有效风时，将上海沿海风能资源划分为丰富区、较丰富区和可利用区[9,12-13]，风能资源区划等级见表2。东海大桥附近海域（代表站为东海大桥B平台）、崇明岛以东海域（代表站为佘山岛）、南汇和横沙东滩以东海域为丰富区（代表站为大戢山），杭州湾北岸奉贤海域（代表站为滩浒岛）为较丰富区，长江口水域（代表站为崇明堡镇）为可利用区。

表2 风能资源区划等级

在水深小于50 m[14]的区域内，选择可开发利用海域，评估上海沿海风能资源储量。选址原则如下：

（1）满足上海市海洋功能区划和岸线规划，避开航道、锚地、养殖场、生态保护区等；

（2）避开军事用海限制区，且不影响科研活动等其他已明确的特殊用海；

（3）在风能资源丰富区和较丰富区选址，选择底质条件稳定区域，避开断层、塌陷等不良地质结构区域。

拟选风电场示意图见图4。

图4 上海沿海拟选风电场示意图

3.2.1 东海大桥附近海域

位于南汇芦潮港以东，距岸线约9.2 km，水深范围为9.7～11.4 m。风电场可沿大桥两侧平行多排布置，电场面积约38.3 km2，风能蕴藏量约11.3×104kW。

3.2.2 崇明岛以东海域

位于崇明东滩以东海域，距崇明县约36.5 km，水深介于5～20 m水深之间。避开生态保护区和崇明管线区，面积约438.4 km2，风能蕴藏量约137.2×104kW。

3.2.3 南汇和横沙东滩以东海域

主要包括南汇边滩东侧海域和横沙东滩浅滩以东海域，平均水深分别在10 m和7 m以上。避开海洋保护区、渔业养殖核心区、鸟类迁徙通道、航道、锚地及环球海底光缆，可利用海域面积约374.3 km2，风能蕴藏量约94.7×104kW。

3.2.4 远海风电场

选址于10～50 m水深线海域范围内，中心点距岸线约188.8 km。此区域因无障碍物遮挡，其年风功率密度不小于崇明岛以东海域，本文按佘山站年风功率密度计算。避开规划航道和锚地，拟选电场面积约9 999.6 km2，风能蕴藏量约为3 129.9×104kW。

3.2.5 杭州湾北岸奉贤海域

主要包括奉贤区近海海域，距岸线约13.2 km。避开临港新城综合港口规划区、人工群岛规划区、航道及油气田输气管线等海域，拟选电场面积约158.4 km2，风能蕴藏量约38.3×104kW。

4 结论与建议

（1）上海沿海风能资源分为丰富区、较丰富区、可利用区。东海大桥附近海域、崇明岛以东海域、南汇和横沙东滩以东海域为丰富区，杭州湾北岸奉贤海域为较丰富区，长江口水域为可利用区。

（2）远海风电场为上海沿海风能资源最为丰富的区域，但离岸距离较远，开发成本较高。建议优先开发风能资源（较）丰富且距岸较近的东海大桥附近海域、杭州湾北岸奉贤海域和南汇以东海域。

[1]Wilhelmssona D,et al.The influence ofoffshore wind power on demersal fish[J].Marine Science,2006,63(2):775-784.

[2]Henderson AR,et al.Offshore Wind Energyin Europe—AReviewofthe State-of-the-Art[J].Wind Energy,2003,6:35-52.

[3]倪安华.我国海上风力发电的发展与前景[J].安徽电力,2007,24(2):64-68.

[4]赵世明,姜波等.中国近海海洋风能资源开发利用现状与前景分析[J].海洋技术，2010，29(4):117-121.

[5]辛华龙.中国海上风能开发研究展望[J].中国海洋大学学报,2010,40(6):147-152.

[6]中国国家标准化管理委员会.GB/T14914-2006.海滨观测规范[S].北京：中国标准出版社,2006.

[7]薛桁,朱瑞兆,等.中国风能资源贮量估算[J].太阳能学报,2001,22(2):167-170.

[8]国家发展改革委.发改能源[2004]865号.全国风能资源评价技术规定[S],2004.

[9]国家质量监督检验检疫总局.GB/T18710-2002.风电场风能资源评估方法[S],2002.

[10]张淮水,刘安国,等.海面风的特征分析[J].青岛海洋大学学报,1989,19(2):48-54.

[11]王改利,刘黎平.多普勒激光雷达风场反演方法研究[J].大气科学,2010,34(1):143-153.

[12]王民浩.中国风电场工程建设标准与成果汇编——风电场场址选择技术规程[M].北京:中国水利水电出版社,2010.

[13]朱瑞兆,薛桁.风能的计算和我国风能的分布[J].气象学报,1981,7(8):26-28.

[14]国家能源局.国能新能[2009]130号.海上风电场工程规划工作大纲,2009.

Offshore Wind Resource Assessment Study for Shanghai

WANG Xiao-liang,SUN Tong-mei,XU Jing-jing,QI An-xiang,CHEN Mei-rong
（Marine Forecast Center of East China Sea,State Oceanic Administration,Shanghai 200081,China）

According to the wind data of five stations in Shanghai,the wind energy resource reserves in this region was assessed using statistical analysis method.The assessment shows that waters near the East China Sea Bridge,east of Chongming Island,East of Nanhui and Hengsha tidal flat are rich,where the wind energy resource reserves is about 3 373.1×104kW,waters of Fengxian in the north of Hangzhou Bay is less rich,which contains about 38.3×104kW,the reserves in the Yangtze River Estuary is not so rich but still could be used.

Shanghai coastal area;wind energy resource reserves;assessment

P74

B

1003-2029(2012)01-0107-04

2011-11-25

我国近海海洋综合调查与评价专项资助项目——苏沪沿海海洋风能资源调查与研究（908-01-BC21）

王晓亮（1977-），男，工程师，主要从事海洋观测和监测工作。