1、 目錄 摘要 . I 一 風能資源 . 1 (一)10m 高度年平均風速 . 1 (二)70m 高度風能資源 . 2 二 太陽能資源. 10 (一)水平面總輻射 . 10 (二)固定式光伏發電太陽能資源 . 14 三 成因分析 . 17 I 摘要 2014 年, 全國地面 10 米高度年平均風速較近 10 年平均風速(2004- 2013 年)偏小 3.8%,為近 10 年來各年平均風速的最小年份;全國陸面 70 m 高度年平均風速約 5.5m/s,年平均風功率密度約為 219.6W/m2,除了新疆中西部、青藏高原等地區外,多數地區比常年偏小。冷空氣頻次偏少、強度偏弱是全國平均風速偏小的主要原
2、因, 2014 年,全國地表平均水平面總輻射年輻照量約為1492.6 kWh/ m2,較近 10 年(2004- 2013 年)平均值偏少約8.1 kWh/ m2,為近 10 年來次小年。云量和霾日數增多是地表太陽總輻射量減少的主要原因。 1 一 風能資源 (一)10m 高度年平均風速 利用全國氣象臺站 2004-2014 年地面觀測資料,統計分析 2014 年我國陸地10 米高度的風速特征,得到以下結論: 2014 年,全國地面 10 米高度年平均風速較近 10 年(2004-2013 年)均值偏小 3.8%,是 2004 年以來的年平均風速最小值(圖 1) 。 與各?。▍^、市)近 10 年
3、平均風速相比(圖 2) ,2014 年有 16 個?。▍^、市)年平均風速偏小 5%以上,其中華東沿海?。▍^、市)和寧夏偏小達 10%左右;偏大的區域主要集中在我國西南地區、 青藏高原和新疆地區, 新疆和云南略偏大,西藏、重慶則顯著偏大,其中西藏總體平均偏大達 16%。 圖 1 2004-2014 年全國地面 10m 高度年平均風速距平百分率2 圖 2 2014 年?。▍^、市)地面 10m 高度年平均風速距平百分率 (二)70m 高度風能資源 依據中國氣象局風能太陽能資源中心最新發布的 “全國風能資源高分辨率數值模擬數據(2014) ”給出的我國近 30 年風能資源評估成果,采用全國風能資源專業
4、觀測網 2014 年測風塔觀測數據,利用格點化統計訂正技術,得到 2014 年全國陸地 70 m 高度層水平分辨率 1km1km 的風能資源數據,用于評估 2014 年全國陸地 70m 高度層的風能資源年景。 1 70 m 高度風能資源的地域分布 2014 年,風速和風功率密度地區差異大(圖 3) ,各?。▍^、市)陸面 70 m高度平均風速在3.7m/s至6.5m/s之間, 平均風功率密度在65.9W/m2至324.6W/m2之間。有 14 個?。▍^、市)年平均風速超過 5.0m/s;有 13 個?。▍^、市)年平均風功率密度超過150W/m2, 其中8個省 (區、 市) 年平均風功率密度超過2
5、00W/m2;內蒙古、西藏全區年平均風速達 6.4m/s,但只有內蒙古的全區年平均風功率密度超過 300W/m2, 新疆和西藏的全區年平均風功率密度也超過了 250W/m2, 為 2014年我國風能資源的大值區; 有 18 個省 (區、 市) 年平均風功率密度小于 150W/m2,其中,福建、重慶湖南、湖北等 4 ?。▍^、市)年平均風功率密度小于 100W/m2,為 2014 年我國風能資源的小值區。 3 圖 3 2014 年?。▍^、市)陸面 70m 高度年平均風速與平均風功率密度 2014年全國陸地70 m高度層的風速圖譜顯示 (圖4) , 年平均風速大于7.0m/s的區域主要分布在內蒙古、
6、西藏、青海、新疆、甘肅西部、寧夏、黑龍江、華北北部、云南的山脊等地;平均風速大于 6.0m/s 的區域分布特征與大于 7.0m/s 的區域基本一致,只是范圍略有增加,增加最明顯的區域在內蒙古東南部科爾沁地區、吉林、遼寧、山東半島等地;年平均風速大于 5.0m/s 的分布區域進一步擴大,除了三北地區及東部沿海的大部分地區之外,華東、華南、華中及西南等部分山區的平均風速也可達到 5.0m/s 以上。 2014 年全國陸地 70 m 高度層的風功率密度圖譜顯示(圖 5) ,風功率密度大值區域主要分布在我國的三北地區、 東部沿海地區以及青藏高原和云貴高原山脊地區。年平均風功率密度超過 300W/m2的
7、區域主要分布在三北地區、青藏高原和云南的山脊地區;年平均風功率密度超過 200W/m2的分布區域較廣,華東和沿海以及中部地區的山地、臺地的風功率密度一般都能達到 200W/m2。 4 圖 4 2014 年全國陸面 70m 高度年平均風速分布 圖 5 2014 年全國陸面 70m 高度年平均風功率密度分布 5 2 70 m 高度風能資源的年景評估 和常年平均相比(圖 6),2014 年有 15 個?。▍^、市)平均風速偏小 2%以上,其中,上海、北京、海南、天津、山東、江蘇等省市偏小 3%以上,只有西藏、重慶、新疆偏大或略偏大。2014 年全國陸地 70 m 高度年平均風功率密度總體偏小 2.38
8、%。有 15 個?。▍^、市)平均風速偏小 2%以上,對應的年平均風功率密度偏小 6%以上,其中,上海、北京、海南、天津、山東、江蘇等省市年平均風功率密度偏小 9%以上。在為數不多的年平均風功率密度偏大地區,西藏偏大的比較明顯,平均偏大約 8.7%。 圖 6 2014 年陸地 70m 高度年平均風速與年平均風功率密度距平百分率 2014年全國陸地70 m高度層年平均風速5m/s區域的距平圖譜顯示 (圖7) ,我國大部分地區年平均風速較常年(30 年平均)偏小,其中東北地區西部和東部、內蒙古東部、新疆東部、甘肅北部、寧夏中部、青海中部、華北北部、山東北部及半島、東部和南部沿海、云南東北部、廣西中北
9、部等偏小 1%以上,其中東北地區西部、內蒙古東部等地風速偏小達 2%以上;偏大的區域主要集中在西藏、新疆中西部、云南中部、遼寧西部等地,其中新疆中西部地區、遼寧西部、云南中部等地偏大 1%, 風速正距平大值區主要分布在西藏中東地區, 在 2%以上。 2014 年全國陸地 70 m 高度年平均風功率密度150 W/m2區域的距平圖譜顯示 (圖6 8) ,我國大部分地區年平均風功率密度較常年(30 年平均)偏小,其中東北地區西部和東部、內蒙古東部、新疆東部、甘肅北部、寧夏中部、青海中部、華北北部、山東北部、東部和南部沿海、云南東北部、廣西中北部等偏小 5%以上,其中東北地區西部、內蒙古東部等地風速
10、偏小達 10%以上;偏大的區域主要集中在西藏、新疆中西部、云南中部、遼寧西部等地,其中新疆中西部地區、遼寧西部、云南中部等地偏大 5%,風速正距平大值區主要分布在西藏中地區,達 10%以上。 2014 年全國陸地 70 m 高度年平均風功率密度150 W/m2區域中,有 70.57%的區域比常年偏小, 只有29.43%的區域比常年偏大。 表1給出了2014年各省(區、市)陸地 70 m 高度年平均風功率密度150 W/m2區域的年景變化,可以看出,除了西藏和重慶兩市,大部分?。ㄊ?、區)偏小的區域面積遠大于偏大的面積,內蒙古、黑龍江、吉林、山東、河北、寧夏、江蘇、貴州、湖南、浙江、江西、福建、海
11、南、上海、天津、北京 16 ?。ㄊ?、區)超過 90%的區域的年平均風功率密度偏小。7 圖 7 2014 年全國陸面 70m 高度年平均風速5m/s 區域年平均風速距平百分率8 圖 8 2014 年全國陸面 70m 高度年平均風功率密度150W/m2區域年平均風功率密度距平百分率 9 表 1 2014 年全國陸地 70 m 高度年平均風功率密度150 W/m2區域 面積及其年景變化 省 (市、區) 總面積 (萬 k m2) 風功率密度偏小面積占比(%) 風功率密度偏大面積占比(%) 內蒙古 101.3 98.4 1.6 新疆 90.9 58.1 41.9 西藏 82.1 10.3 89.7 青海
12、 43.9 63.9 36.1 黑龍江 38.3 99.3 0.7 甘肅 21.8 98.1 1.9 吉林 15.9 100.0 0.0 遼寧 11.5 85.9 14.1 四川 10.0 87.0 13.0 云南 10.0 68.6 31.4 山東 8.8 100.0 0.0 河北 8.3 95.1 4.9 山西 6.0 73.7 26.3 廣東 4.9 82.7 17.3 廣西 4.6 81.4 18.6 陜西 4.3 86.5 13.5 寧夏 2.6 100.0 0.0 江蘇 2.3 100.0 0.0 貴州 2.1 94.4 5.6 湖南 1.8 94.4 5.6 河南 1.7 64.
13、6 35.4 浙江 1.6 96.3 3.7 江西 1.6 99.1 0.9 福建 1.5 99.8 0.2 安徽 1.3 86.3 13.7 湖北 1.0 64.2 35.8 海南 1.0 100.0 0.0 重慶 0.6 9.5 90.5 上海 0.5 100.0 0.0 天津 0.3 100.0 0.0 北京 0.3 100.0 0.0 全國 483.0 70.6 29.4 10 二 太陽能資源 利用 2004-2014 年逐年全國氣象臺站總輻射和日照觀測資料, 經統計分析和插值處理, 得到全國陸地 2.52.5的格點要素資料, 用于評估 2014 年太陽能資源參數的年景特征。 (一)水
14、平面總輻射 2014 年,全國陸地表面平均的水平面總輻射年輻照量為 1492.6 kWh/ m2,較近 10 年 (2004-2013 年) 平均值偏少 8.1 kWh/ m2 (圖 9) , 為近 10 年來次小值年。 圖 9 2004-2014 年全國地表太陽年總輻射量 全國地表太陽總輻射量空間分布圖顯示(圖 10),2014 年,我國太陽能資源最豐富區包括青海大部、西藏中西部、甘肅西部、內蒙古西部,新疆東部及四川西部部分地區, 年總輻射量超過 1750 kWh/ m2, 等級為 A; 華北北部、 新疆大部、甘肅中東部大部、寧夏、陜西北部、青海南部和東部、西藏東部、四川西部、云南大部及海南
15、等地為 14001750 kWh/ m2,為太陽能資源很豐富區,等級為 B;東北大部、華北南部、黃淮、江淮、江漢、江南及華南大部為 10501400 kWh/ m2,為太陽能資源豐富區,等級為 C,四川東部、重慶、貴州中東部、湖南中西部、湖北西部地區不足 1050 kWh/ m2,為太陽能資源一般區,等級為 D。 (表 2) 11 表 2 中國太陽能資源總量等級 名稱 等級符號 分級閾值 (kWh/m2 ) 最豐富 A 1750 很豐富 B 14001750 豐富 C 10501400 一般 D 1050 與近 10 年相比(圖 11) ,2014 年全國大部分地區陸地表面平均水平面總輻射偏少
16、, 其中重慶、 貴州東部、 湖南北部以及長江中下游一帶一般偏少 5%以上。全國僅有新疆西部及北部、西藏西部、遼寧、吉林、云南、海南、廣東、江西、福建等地偏多,其中云南大部分地區偏多 5%以上。 12 圖 10 2014 年全國陸地表面水平面總輻射量 13 圖 11 2014 年全國陸地表面水平面總輻射量距平百分率14 (二)固定式光伏發電太陽能資源 對固定式光伏發電,主要分析最佳斜面總輻射和年利用小時數(按 80%的總體系統效率考慮) 。 全國最佳斜面總輻射及光伏發電年利用小時數空間分布顯示 (圖 12、 圖 13) ,2014 年, 我國東北、 華北、 西北及西南大部最佳斜面總輻射年總量超過
17、 1400 kWh/ m2,年利用小時數在 1100 小時以上,其中新疆大部、青藏高原、甘肅西部、內蒙古、四川西部及云南部分地區,最佳斜面總輻射年總量超過 1800 kWh/ m2,年利用小時數在 1500 小時以上,局部超過 1800 小時;四川東部、重慶、貴州中東部、湖南中西部及湖北西部地區,最佳斜面總輻射年總量小于 1000 kWh/ m2,年利用小時數不足 800 小時;其余地區最佳斜面總輻射年總量在 10001400kWh/ m2之間,年利用小時數在 8001100 小時之間。 15 圖 12 2014 年全國地表斜面年總輻射量 16 圖 13 2014 年全國地表光伏年利用小時數1
18、7 三 成因分析 2014 年, 冷空氣發生頻次偏少、 強度偏弱是全國平均風速偏小的主要原因。年內,影響我國的冷空氣總頻次為 18 次,比常年偏少 2.36 次。其中,北方強冷空氣次數偏少 2.45 次, 南方強冷空氣次數偏少 1.18 次, 沒有寒潮過程 (圖 14) 。此外,冬春季影響我國的冷空氣位置明顯偏西,是 2014 年平均風速和最大風速在新疆和西藏等地區偏大、在中國東北至長江中下游地區偏小的主要原因。 2014 年,全國大部分地區云量增多,總云量大于 8 成的月平均日數增多,是近 10 年來的最大值(圖 15) ,這是導致到達地表的太陽總輻射量減少重要原因之一。 圖 14 2004-2014 年影響我國的冷空氣次數 18 圖 15 2004-2014 年全國日總云量大于 8 成的月平均日數