海上风能资源评估教学初探

徐经纬 徐 敏

（1.南京信息工程大学大气科学学院，江苏南京210044；2.江苏省气象局，江苏南京210008）

0 引言

我国风能资源丰富，据中国气象科学研究院20 世纪80 年代统计我国风能资源理论总储量约为32.26 亿千瓦，经济可开发利用量约为2.53 亿千瓦。[1]风力发电是当前可再生能源中仅次于水力发电的技术，是最成熟、最具规模开发的发电方式之一。[2]我国风能资源丰富，初步估算，全国陆上10 米高度可开发装机容量约2.5 亿千瓦（全国风能普查第三次评估报告），主要位于“三北”地区，但由于这些地区经济发展相对滞后，风电发展受到一定制约。东部沿海经济发达，海上可开发风能资源很丰富， 具有开发利用风电的良好市场条件和巨大资源潜力。世界上对海上风电的研究与开发始于20 世纪90 年代，经过十多年的发展，海上风电技术正日趋成熟，并开始进入大规模开发阶段。

规划风能资源的开发利用首先需要了解可利用风能资源的位置、储量和覆盖面积，风电场的前期建设需要知道建设范围内风能资源的分布状况，为风机的布设提供依据。 因此制作中国近海风能资源分布图是近海风电开发过程中的重要环节之一。培养相海上风能资源评估的专业人才也就变得重要起来。

1 教学现状

海上风电行业是一个横跨海洋、气象、环保、工程、机械、电力电子、自动控制等的综合行业。 中国目前的海上风电项目有上海东海大桥海上风电场和江苏海上风电三峡项目。国外有英国、丹麦、德国等国在近海建立了海上风电场。 对于市场上急需的海上风电人才，仍然缺少对应的较系统科学的教育方法。只有少数培训班和一些国外的中短期风电讲习班可查。

2 教学主要内容

海上风能资源评估是一个综合问题，是一个系统工程。 所以本文就其中风能资源评估方面相关内容进行阐述。

风能资源的关键是掌握风速情况， 所以首先需要观测海面风速，海面风速观测一般有两种：一种，是建立测风塔直接观测；一种，是借助海洋卫星遥感观测。要让学生知道海上测风塔可以对局地点进行长时间连续观测，虽然测风塔一般选取代表性好的地点，在空间范围上仍有局限性。 海洋卫星遥感可以得到整个面上风速的分布情况，但是一般只有一日一次或两次或一周几次观测[3]。所以要结合两者的优势，取长补短。欧洲正在试验新型极光雷达测风，它具有观测范围大，安装较简易的特点，不过造价昂贵。 海上风电项目的贷款审批中主要还是看海上测风塔的实测结果。

建立海上测风塔的高度，塔的基础和结构，选取的仪器，仪器架设的高度一般都要根据实际情况具体确定。 所以对于教学而言，应该通过案例分析让学生从典型案例中得到启发，以便其掌握其中的方法。

同时评估近海风能资源也要考虑以下几个方面的影响：（1）水下基础对环境的影响；（2）风机的噪音和振动对环境和自身的影响；（3）对水下生物以及鸟类的影响；（4）对视觉和听觉的影响；（5）对无线电波和雷达的干扰；（6）对海上航运的影响；（7）对渔业生产的影响；（8）对海域水质和生态环境的影响；（9）对区域海域水文动力的影响；（10）台风对风机的影响；（11）地震海啸对风机的影响。

在海上风能资源评估中的另外一个要素就是对施工天气窗口的评估，天气窗口是适合海上作业施工的时间段。应该避开比如大风、大雾、海浪或海流较大的天气。 天气窗口也是海上风场运行期间日常维护日程确定的重要参考依据。

对于风能资源的计算方法也需要仔细考虑，目前一般采用数值模式或者风能软件计算的方法，对于计算方案的设计，以及模式的选取，模式内部参数的选择也是需要根据案例以及实际工作情况来确定。

由于海上风能资源评估过程是一个工程技术问题， 需要动手能力。在教学过程中就不光要介绍案例，也需要指导学生上手操作。可以给学生一些简单数据和软件如Windpro，让学生了解操作流程，熟悉海上风能评估要求。 这样也可以为其以后的工作打下基础。

此外在近海风能资源评估中还需要海洋勘探、海洋工程、海洋观测、电网等方面的数据。

3 总结

我国高校拥有较强的风电科研基础，其中很多专家都有其它行业如电机、机械和电气等专业或相关专业的培训或研究经验。 他们拥有交叉多学科的理论知识，可以通过摸索学习，与国际同行进行人才交流、技术合作。海上风能由于其是风能新兴发展方向，在国内国际上都倍受关注，相对于学生教育还略显不足。 由于海上风能具有其多学科综合性和学科交叉性的特点， 实际工作中受到外界环境的影响显著。所以在教学过程中，应该具体问题具体分析。在教学方法上采取，个例分析为主，结合归纳的方法。

4 展望与建议

由于煤炭、石油和天然气等碳密集型化石能源的日益减少，以及此类能源消费所带来的环境问题。风能尤其是海上风能作为新能源将在能源结构中被加重比例，国家与企业对海上风能的大力投入，使海上风能资源评估人才的培养迫在眉睫。国家和高校应加强海上风电教育，加大产学研方面的投入，才能培养出合格的风能尤其是海上风能人才，满足日益增长的人才需求。

风能尤其是海上风能的复杂性， 首先应建立一套完整的培养体系，这包括初、中、高级人才梯队。建设好相关基础条件，如海上风能资源研究的基础或者海洋、气象、电力、机械、控制等相关专业基础。

其次，要加强师资培养，培育出高水平的师资团队，采取从国外引进来和国内走出去的办法，鼓励教师参与国际技术交流。再次，推进海上风能资源走产学研相结合的道路。如德国成立的风能研究团体，把大学、研究所和公司有效结合，达到研究、教育、开发和生产相结合，提高高校风能综合应用的针对性。

最后，可以加强科研教育投入，可以借鉴美国、丹麦等国的例子。

总之应该充分利用好海上风能大发展的有利时机，加速发展风电教育，发挥高校教育作用，为风电行业培育合格人才。

［1］薛桁;朱瑞兆;杨振斌;袁春红.中国风能资源贮量估算[J].太阳能学报,2001(02).

［2］徐经纬.卫星资料与数值模式在中国近海风能资源评估中的应用研究[D].南京信息工程大学,2009.

［3］Jingwei Xu, Yong Luo, Xiuzhi Zhang, and Rong Zhu.China Offshore Wind Energy Resources Assessment with the QuikSCAT Data.Proc [J]. SPIE proceeding 7105, 71050B,2008.