3大力發展海上風電積極應對氣候變化0628.pdf

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1、大力發展海上風電，積極應對氣候變化 國家氣候中心 袁佳雙 2023年6月28日 2023全球海上風電大會 河北唐山 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 內容提要 大力發展海上風電的戰略意義大力發展海上風電的戰略意義 01 02 03 IPCCIPCC ARAR6 6關于風光資源的關鍵結論關于風光資源的關鍵結論 面向海上面向海上風電開發利用風電開發利用的氣候的氣候研究與服務研究與服務 Charles F.Brush(1849-1929)是美國電力工業的奠基人之一。1887-1888年冬，Brush安裝了一臺被現代人認為是第一臺自動運行的且

2、用于發電的風力機，葉輪直徑是17米，有144個由雪松木制成的葉片。風力機運行了約20年，用來給他家用地窯里的蓄電池充電。這臺風力機因為低轉速而效率不高，僅為12千瓦。風能利用的先驅 Poul la Cour，丹麥物理學家、氣象學家、發明家，現代空氣動力學的鼻祖，職業是高中數學和物理教師。他于1897年發明了快速轉動、葉片數少的風力機，比低轉速風力機效率高得多。Poul la Cour每年給風電工人做幾次培訓，1905年他創立了風電工人協會，擁有了356個會員。世界上第一個風力發電期刊Journal of Wind Electricity 也是由Poul la Cour創立的。1918年丹麥約有

3、120個地方公用事業擁有風力發電機，風電裝機占總電力裝機的3%。Poul la Cour和妻子(1846 1908)歐洲風能協會設立了Poul la Cour獎，用亍獎勵在風能領域中有杰出貢獻的人。隨著大型水電、火電機組的采用和電力系統的發展，中、小型風力發電機組因造價高和可靠性差而逐漸被淘汰，到20世紀60年代末風電停止了發展。1973年國際上出現了第一次石油危機，不少國家面臨能源短缺的困境，為減少對石油供應的過分依賴，提出了能源多樣化發展戰略，因而風能又重新得到了重視。1992年聯合國環境與發展大會上，第一次提出了環境與發展的關系問題是人類面臨的重要挑戰，再次提出發展可再生能源，解決可持續

4、發展的問題。1997年旨在限制發達國家溫室氣體排放量、抑制全球變暖的京都議定書通過以后，歐美國家承擔了減排義務，可再生能源的發展再一次被推動。近年來，廣泛研究100%可再生能源的可行性。國外風電的發展歷程 19861993：早期示范；19942007：產業化探索和發展；2007至今：大規模發展。我國風電的發展歷程 上世紀80年初期，新型可再生能源技術列入國家重點科技攻關計劃。風能利用技術不成熟、成本高，不能大規模發展，處于研究和應用示范階段。(1985年我國首個示范風電場在山東榮成并網運行)進入21世紀，我國的能源和環境問題日益嚴峻。2006年我國通過了可再生能源法，通過立法形式確立了可再生能

5、源在經濟和能源的可持續發展中的地位。2007年可再生能源中長期發展規劃制定了可再生能源的發展目標，提出了2020年風電3000萬kW的發展目標。（截止到2018年底，風電裝機2.21億kW，并網1.84億kW）2010年中國新增風電裝機容量世界第一，累計風電裝機容量超過美國，成為世界風電裝機第一大國。2021年雙碳目標。國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 二十大報告：推勱綠色發展，促進人不自然和諧共生 黨的二十大報告提出，積極穩妥推進碳達峰碳中和，立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，有計劃分步驟實施碳達峰行動，深入推進能源革命，加強煤炭

6、清潔高效利用，加快規劃建設新型能源體系，積極參與應對氣候變化全球治理。國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 能源系統脫碳是全球實現碳中和的關鍵 2022年全球能源相關的二氧化碳排放總量約368億噸，創歷史新高（IEA,2023）。預計2050年，全球91%的電力需求將由可再生能源提供（IRENA,2023）。國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 目前全球有大約2/3的城市和近70%的人口、GDP分布在沿海區域。與陸上風電相比，海上風電具有離城市負荷中心近，風能資源豐富，發電量高（約為

7、陸上2倍），不占用土地資源，靜風期少等特點，在全球應對氣候變化的諸多技術中被給予厚望。海上風電在全球氣候治理中被給予厚望 全球100m高度風能資源圖譜 2018年全球主要城市空間分布 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 2022年，全國海上風電累計裝機容量3046萬千瓦，約占全球海上風電總裝機容量的一半（GWEC,2023）。據CWEA統計，“十四五”期間，中國沿海省份海上風電規劃容量約5000萬千瓦。由此推算，預計到2025年中國海上風電累計裝機容量將達到0.8億1億千瓦，到2030年達到1.8億2億千瓦。2060年，我國海上風電裝機

8、容量或將達到5億千瓦（舒印彪，2021）。大力發展海上風電是應對氣候變化和實現可持續發展的關鍵丼措 GWEC:Global Wind Report 2023 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 內容提要 大力發展海上風電的戰略意義大力發展海上風電的戰略意義 01 02 03 IPCCIPCC ARAR6 6關于風光資源的新結論關于風光資源的新結論 面向海上面向海上風電開發利用風電開發利用的氣候的氣候研究與服務研究與服務 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 政府間氣候變化與門委員會

9、 政府間氣候變化與門委員會（IPCC）是由聯合國環境規劃署(UNEP)和世界氣象組織(WMO)亍1988年建立，對聯合國和WMO所有會員國開放，目前擁有195個會員。主要仸務：以全世界公開發表文獻為基礎，以綜合、客觀、開放、透明的方式，對氣候變化的科學認識、影響風險，以及不適應、減緩選擇方案進行全面系統科學評估。國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 風能、太陽能是推勱能源系統深度脫碳重要抓手，占比將增大，成本將繼續降低，大范圍投資風光能源有劣亍全

10、球減排目標實現。國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 太陽能和風能在全球區域內資源分布丌均衡 全球日平均輻射的分布情況 全球風資源的分布情況 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 風能和太陽能發電量近年來持續增加，未來占比大大風能和太陽能發電量近年來持續增加，未來占比大大增加增加 2015至2019年間，太陽能光伏發電量增長了170%，風能發電量增長了70%。2019年，太陽能光伏和風電合計占低碳電力的21%和總發電量的8%。預計到2050年，可再生能源占全球能源供應的一半或更多，其

11、中風能和太陽能將是主要來源。國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 風能和太陽能的成本已經降低20%-75%（2010-2020），預計到2030年將繼續降低 太陽能技術成本（LCOE）在2000年至2020年之間成本逐漸下降 現有風電電廠的陸上（頂部）和離岸（底部）風電的全球加權平均總安裝成本呈現降低趨勢。自2015年以來，陸上和海上風電的成本分別下降了18%和40%，到2030年可以預計將進一步降低。風電和光伏已經成為可再生能源中最具成本效益技術 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Cente

12、r 海上風電成本同比下降60%，占據越來越重要地位 新增陸上風電項目的全球加權平均度電成本同比下降 68%，至0.033美元/KWh(約0.23元/度)光伏發電的成本同比下降 88%，至0.048美元/KWh(約0.33元/度)海上風電成本同比下降 60%，0.075 美元/KWh(約0.52元/度)IRENA(國際可再生能源署)國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 2060年風能和太陽能在一次能源中的供應量將比2019年增加40倍 2019年 2060年 風光資源在未來潛力巨大 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 Nation

13、al Climate Center 氣候變化對風光資源的影響 整體來說，雖然氣候變化可能會對某些地區的風能和太陽能資源造成一些影響，但這些影響不足以整體來說，雖然氣候變化可能會對某些地區的風能和太陽能資源造成一些影響，但這些影響不足以威脅全球范圍內風能和太陽能發電減少排放的能力。因此，風能和太陽能將繼續在緩解氣候變化方威脅全球范圍內風能和太陽能發電減少排放的能力。因此，風能和太陽能將繼續在緩解氣候變化方面發揮關鍵作用面發揮關鍵作用。未來電力未來電力系統對天氣的依賴度增加，加劇了氣候變化可能帶來的系統對天氣的依賴度增加，加劇了氣候變化可能帶來的影響。影響。在地區上，氣候變化對電力發電的影響可能會

14、很顯著。高風速確實可能導致對電力基礎設施的損壞，因為電線可能會斷裂或碰撞。在風暴期間，電力系統可能會經歷高負荷，這可能會增加機械故障的風險。氣候變化也可以降低熱發電效率，并增加干旱期間電廠停機的風險。除了中等程度的證據表明與熱帶氣旋相關的暴雨會增加以外，目前還很少有證據表明極端風暴事件未來會增加頻率或強度。因此，雖然風有時可能會對電力基礎設施產生負面影響，但這不應該阻止風能作為清潔能源的開發。適當的規劃適當的規劃、安裝和維護可以幫助最大限度地降低與風電停電相關的風險安裝和維護可以幫助最大限度地降低與風電停電相關的風險。對風資源的影響：對風資源的影響：國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心

15、 National Climate Center 內容提要 大力發展海上風電的戰略意義大力發展海上風電的戰略意義 01 02 03 IPCCIPCC ARAR6 6關于風光資源的新結論關于風光資源的新結論 面向海上面向海上風電開發利用風電開發利用的氣候的氣候研究與服務研究與服務 1994年2月21日國務院批準成立國家氣候中心 氣候風險氣候風險 氣候預測氣候預測 災害預警災害預警 氣候監測氣候監測 氣候評價氣候評價 監測預估監測預估 影響評估影響評估 檢測檢測歸因歸因 面向政府、社會、行業等氣候服務 氣候 預測 氣候 變化 主要 工作 亞洲區域氣候中心、亞洲亞洲區域氣候中心、亞洲極端事件監測評估

16、極端事件監測評估中心、第三極區域氣候中心中心、第三極區域氣候中心 戰略研究戰略研究 全國風能資源觀測網 400 400 座測風塔座測風塔 70m70m,329 329 座座 100m100m,68 68 座座 120m120m,3,3 座座 風資源領域技術創新面臨三方面的挑戓 大型化機組 復雜地形 臺風風險 挑戓！國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center “雙碳”目標下氣候資源評估新內涵 問題：高比例風、光、水能發電并網將面臨 1.不同時間尺度上的風、光、水電力波動；2.極端氣候事件造成災害風險。需求：1.保障能源與電網安全的儲能配比規劃；2

17、.風光水能源極端匱乏氣候事件風險評估與預估。2022年夏季長江流域高溫，持續的高溫使干旱日數較常年同期偏多16.4天，為1961年以來歷史同期第一多。水電第一大省四川的缺電事件：全省電網最高負荷同比增長25%，創歷史新高；同時，伏旱使水電發電能力降低一半，電力供需嚴重失衡。由于四川電力的80%來自水能發電，因此持續高溫干旱的極端氣候事件對使電力供應短缺雪上加霜。國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 面向海上風電開發利用的氣候研究不服務 海上風能資源評估海上風能資源評估 01 02 03 04 海上風光資源氣候預測和臺風預測海上風光資源氣候

18、預測和臺風預測 海上風特性研究海上風特性研究 海上風電開發風險管理海上風電開發風險管理 05 未來風能資源和臺風變化預估未來風能資源和臺風變化預估 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 1.海上風能資源評估海上風能資源評估 3公里風能資源數據 國內首套同時具有高時間分辨率(1小時)、高空間分辨率(3km)和長時間序列(1995年至今)的風資源數據集。國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 研制近海風能資源評估系統 目前該評估系統已向中海油、金風科技、中國海裝等能源企業提供技術服務。國

19、家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 中國海上中國海上100米高度離岸米高度離岸200km范圍范圍內風能資源內風能資源技術可開發量約技術可開發量約22.5億千瓦。億千瓦。地形坡度、水深等 高空間分辨率海上風能資源圖譜 技術性限制因子 政策性限制因子 風電 技術開發量 離岸距離、海域利用規劃、生態保護紅線等 經濟性限制因子 年平均風速（滿發小時數）、上網電價等 近海風能資源技術可開發量評估流程近海風能資源技術可開發量評估流程 近海風能資源技術可開發區近海風能資源技術可開發區 構建中國近海風能資源技術可開發量評估流程 國 家 氣 候 中 心國 家

20、 氣 候 中 心 National Climate Center 19511951年年 20202020年年 不同重現期最大風速不同重現期最大風速是風電場風資源評估風電場風資源評估、風電機組設計風電機組設計的重要參數重要參數。利用YanMeng臺風風場模型，計算1951-2020年臺風風場，建立網格點臺風大風序列。開展海上丌同重現期設計風速研究 丌同重現期最大風速分布圖 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 中國發電企業、設備制造企業需要開拓海外市場，多源遙感衛星長序列海面風產品可滿足全球海上風資源全球海上風資源分析之需。研發研發多多源遙

21、感衛星長序列海面風產品源遙感衛星長序列海面風產品 日產品日產品 月產品月產品 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 關鍵要素特征分析關鍵要素特征分析(100m風速、總輻照度風速、總輻照度)物理機制研究物理機制研究（與冷空氣（與冷空氣.降水關系）降水關系）2.客觀化預測方法研發客觀化預測方法研發 3.預測產品和系統建設預測產品和系統建設 1.氣候特征和影響機理氣候特征和影響機理 總輻照度變總輻照度變化特征化特征 區域模式預測能力 客觀預測方法研發 100m風速風速變化特征變化特征 氣候變率趨勢分析氣候變率趨勢分析（EOF主模態、趨勢）主模態

22、、趨勢）監測預測業監測預測業務系統建設務系統建設 2.風光資源氣候預測和臺風預測建立風光月尺度氣候預測業務 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 月平均月平均100100米風速氣候態米風速氣候態 月風速距平百分率標準差月風速距平百分率標準差 對不同月份和季節，分析了我國近海地區風能資源的氣候特征和變化趨勢。實時檢驗，對西北、華北、高原等區域風光資源預測能力較好。為近海地區的風能監測、資源預測奠定基礎。4 4月風速實況月風速實況 4 4月太陽能實況月太陽能實況 4 4月太陽能預測月太陽能預測 4 4月風速預測月風速預測 具備對具備對亞洲包括

23、亞洲包括中國近海區域中國近海區域在內的在內的100m風速氣候風速氣候背景特征分析能力背景特征分析能力 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 延伸期逐周延伸期逐周臺風生成和路徑概率預測臺風生成和路徑概率預測 逐月臺風逐月臺風路徑密度預測路徑密度預測 季節臺風季節臺風生成頻數、強度和路徑密度預測生成頻數、強度和路徑密度預測 熱帶氣旋勱力預測系統TCDPv1.0 動力統計相結合的西北太平洋動力統計相結合的西北太平洋 和南海臺風和南海臺風盛行路徑季節預測系統盛行路徑季節預測系統 逐日（逐周）逐月 季節（臺風活躍期）年度 年度臺風路徑密度年度臺風路

24、徑密度概率預測概率預測 延伸期逐日延伸期逐日臺風頻數、臺風頻數、強度、生成位置和路徑預測強度、生成位置和路徑預測 臺風預測 中 國 氣 象 局 氣 候 變 化 中 心中 國 氣 象 局 氣 候 變 化 中 心 CMA Climate Change Center 實況監測顯示，2023年西北太平洋和我國南海在4月和5月各生成1個熱帶氣旋，無登陸。預計2023年夏季，熱帶氣旋生成10-13個，接近常年同期(11個)；其中4-6個登陸戒明顯影響我國，登陸頻數接近常年同期(4.6個)。臺風活勱路徑以西行和西北行為主，影響華南沿海和華東部分地區。2023年熱帶氣旋監測預測 2023年夏季及6月編號、強臺

25、以上、及登陸TC頻數預測 我國南海和西北太平洋編號夏季TC累積能量距平不預測 2023年夏季TC路徑密度距平預測 基亍CFSv2統計降尺度客觀預測 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 01234560102030408.24.88.24.118.24.148.24.178.24.208.24.238.25.28.25.58.25.88.25.118.25.148.25.178.25.208.25.238.26.28.26.58.26.88.26.11平均波高（m）風速（m/s）風速與平均波高 風速 平均波高 海上風電開發正走向深遠海。中

26、國氣象局在近海布設40多個浮標，研發不同風速條件下風、浪設計參數，為海上機組一體化設計提供需要的風、浪、流參數。2020年年8號臺風巴威影響期間東海浮標風、浪號臺風巴威影響期間東海浮標風、浪 2018年年22號臺風山竹影響期間東海浮標風、浪號臺風山竹影響期間東海浮標風、浪 024681012051015202530359.15.129.15.149.15.169.15.189.15.209.15.229.16.09.16.29.16.49.16.69.16.89.16.129.16.149.16.179.16.19有效波高（m）風速（m/s）風速與有效波高 風速 有效波高 3.海上風特性研究海

27、上風、浪聯合分析技術研究 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 海冰監測海冰監測 海霧監測海霧監測 海霧、海冰監測 海霧易導致碰撞事故 海冰與風機基礎安全有關 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 不同不同RCP情景下情景下21世紀中（世紀中（2046-2065）、末期（）、末期（2080-2099）80 m風速變化分布風速變化分布(%，相對于，相對于1986-2005年年)在低排放情景下（RCP2.6）：本世紀中期，我國渤海及黃海北部的風速會有所下降，而東海、南海的風速會增加。本世

28、紀末，臺灣海峽以北的海域風速會有所略微下降，而以南的海域風速會上升。5.未來風能資源和臺風變化預估氣候變化對中國近海未來風能資源變化預估 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 2121世紀末期世紀末期(2079(2079-2098)2098)生成頻率和路徑頻數變化的多模式集合生成頻率和路徑頻數變化的多模式集合 (單位：個單位：個/年年,相對于相對于19861986-20052005年年)預計到21世紀末期，西北太平洋的熱帶氣旋生成頻率和路徑頻數將分別增加16%和10%熱帶氣旋路徑北移，熱帶氣旋的強度也將增加 中等排放情景下21世紀末期熱帶

29、氣旋偏多、偏強、偏北 Wu et al.,2021.AAS 強度變化 各等級熱帶氣旋比例分布的變化各等級熱帶氣旋比例分布的變化 臺風變化預估 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 當代和當代和2121世紀末期登陸中國世紀末期登陸中國TCTC的多模式的多模式集合集合模擬及引導氣流的變化模擬及引導氣流的變化 (單位：單位：個個/年，年，msms-1 1)遼遼寧寧 山山東東 江江蘇蘇 上上海海 浙浙江江 福福建建 臺臺灣灣 廣廣東東 廣廣西西 海海南南 中中國國 中國沿海大部分區域的熱帶氣旋將會有更多的熱帶氣旋登陸，總計將增加18%登陸中國的熱

30、帶氣旋數量的變化 (相對于1986-2005年)Wu et al.,2021.AAS 國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 下一步開展工作 將自主創建風場數值模擬新技術應用亍風電場區的長、中、短期風電功率預測；將自主創建臺風風險評估技術丌僅應用亍沿海，還適用亍近海和遠海；支撐即將開始“第五次全國新能源資源勘察不評價”（發改委和能源局）；參不制定國家標準風能資源評估技術導則，不國際接軌。國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 總 結 大力發展海上風電是全球應對氣候變化和實現碳中和關鍵丼措

31、。新型電力系統的穩定性不氣候條件密切相關，近年頻發的極端天氣氣候事件使精確的氣候變化預測能力成為電力系統之剛需。發展電力氣象學，形成服務電力行業特征的電力氣象技術體系，迫在眉睫。國 家 氣 候 中 心國 家 氣 候 中 心 National Climate Center 能源系統需要迅速和深度減排，否則2目標將無法實現 到到2050年，當溫控目標為年，當溫控目標為1.5時，能源部門的時，能源部門的CO2排放量需下降排放量需下降87%97%，溫室氣體排放量需下降，溫室氣體排放量需下降85%95%；當溫控目標為；當溫控目標為2時，能源部門時，能源部門CO2排放量需下降排放量需下降60%79%，溫室氣體排放量需下降，溫室氣體排放量需下降62%78%。目前低碳技術在全球一次能源供應中所占的目前低碳技術在全球一次能源供應中所占的份額低于20%。未來，可再生能源，尤其是太陽能和風能發電，。未來，可再生能源，尤其是太陽能和風能發電，將在低碳電力系統中發揮重要作用。將在低碳電力系統中發揮重要作用。