金溪风能资源探究

胡珍 徐婵婵

摘 要：利用2007年以来永嘉县金溪镇自动气象站的逐小时风向风速资料，对该地区风力资源进行分析，为开发风力发电提供依据。结果表明，金溪镇年平均风速为3.3m/s，有效风速（3m/s～18m/s）占全年小时数的58.3%，达到5402h以上，平均有效风能密度为94.83W/m2，，属于风能可利用区域，加上风能的稳定性较好，利于风机运行，风电开发潜力巨大。

关键词： 金溪镇；风能；风能密度；有效风速；有效风能密度

风能资源， 是一种清洁的可再生能源，指太阳辐射到地球表面受热不均，引起大气层中受热不均匀，从而引起大气运动形成风，风能是可再生能源中最具开发前景的一种能源，对風能资源的开发和利用也越来越重视。温州市风力资源丰富区，以往风力资源开发集中在沿海区域，此文针对稍靠内陆区的永嘉县金溪镇建设风力发电站进行初步探究，对该地区域气象站的风力状况进行统计分析，进而对金溪镇的风能资源状况有一个全面的认识。

一、资料及方法

金溪镇（原西溪乡）位于浙江省永嘉县西南部、西溪中上游两岸，西溪区域自动气象站建于2006年12月，根据2007年以来监测数据统计，年平均气温18.1℃，平均最高气温24℃，平均最低气温14.2℃，年平均降雨量为1698.6毫米，历年极大风速23.4m/s，受季风气候影响显著。此次风能资源分析利用2007年～2016年各月平均风速、风向的10米风塔气象资料。

二、地面风场特征分析

1.风向频率变化

从十年的风向频率来看（图1），金溪镇盛行以NNE风为主导风向，占全年风向风频率的19%，次多风向为NE风，风向频率为14%，NNE、NE和N三个风向频率之和达到了43%，E、NW、ENE和ESE平均风向最少，出现频率仅为1%。各月平均风向稳定，春季随北方冷空气的减退，西南暖湿气流逐渐强盛起来，主导风向转为SW风；其它各月均以NE风为主导风向。稳定的风向较有利于该地区风能资源的开发。

图1 金溪镇（西溪乡）2007年-2016年风向玫瑰图

2.风速变化特征

年平均风速3.3m/s，仅 1月和5月平均风速在3m/s以下，其中5月最小为2.8m/s，而夏、冬季平均风速较大均在3.6m/s左右， 其中平均风速最大月份为7月，平均风速为3.8m/s；8月和12月次之，为3.5m/s。夏季受台风和强对流天气系统影响，冬季受北方冷空气的扩散影响夏、冬两季的风速均大于春、秋两季。从风速日变化（图略）来看，日变化明显，规律性较强。白天（08-20时）平均风速为3.1m/s，夜间（21-08时）平均风速为2.2m/s，夜间的风速明显小于白天，全天风速较大时次出现在09-17时段，风速均在3m/s以上，风速的持续性较好；平均风功率密度变化规律和风速变化规律一致。

三、风能资源分析

风能资源取决于风能密度的大小和可利用的风能年累计小时数的多少。取2016年1月至12月实测数据，测算该点风能密度。对风能利用来说，可利用的风能是在“起动风速”到“额定风速”之间的风速段，根据我国的风力机技术指标，一般取起动风速为 3m/s 、额定风速为 20m/s ，这个范围的风速所形成的风能即通称的有效风能。

为了便于描述风力发电机的工作效率，按照两个风速等级区间分段统计累计小时数Ni计算年平均风能密度和年平均有效风能密度（表1）。

表1 风速累计小时数和有效风能

Vi（m/s） Ni（小时） Niρvi3/2

1m/s～3m/s 2734 8251.57

3m/s ～18m/s 5402 512298.48

通过历史资料计算得出空气密度ρ=1.1964kg/m3，根据有效风能表达式：Niρvi3=512298.48 w/m2

根据有效风能密度表达式：D= Niρvi3 = =94.83 w/m2

四、结语

研究分析表明，金溪镇10m高度处平均风能密度为63.98W/m2，平均有效风能密度为94.83W/m2，有效风速时数累计达5402小时，占全年的58.3%。根据我国风能区划标准，发现金溪镇为风能可利用区域，目前，浙江沿海一带已经建设风力发电站，而永嘉地区却没有建设风力发电站，通过上面的研究表明，永嘉县金溪镇是具备风电开发价值，再加上风向变化的稳定性较好，极少出现破坏性大风。有利于风机平稳运行，进行风电开发潜力巨大。

参考文献：

[1]中国气象局.中国风能资源评估报告[M].北京；气象出版社，2006.

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