中國儲能網(wǎng)訊：風(fēng)能資源是氣候資源的一種。自古埃及人用風(fēng)能驅(qū)動尼羅河上的帆船至今，風(fēng)能資源一直是人們孜孜以求的新能源使用方式之一。
作為新能源，太陽能資源與風(fēng)能資源一樣，是我國大力發(fā)展的資源之一。隨著這些資源的不斷開發(fā)利用，氣象因素越來越突出，對此，開展評估工作則顯得更為重要。本文圍繞2015年太陽能與風(fēng)能資源評估情況，分析結(jié)果、展望發(fā)展，以饗讀者。
太陽能篇
多云日數(shù)增多致太陽能年輻照量跌至10年來最低
中國氣象局風(fēng)能太陽能資源中心正研級高級工程師申彥波告訴記者，2015年全國陸地表面平均的水平面總輻射年輻照量為1476.1千瓦時/平方米，比2004年至2013年的平均值偏少24.8千瓦時/平方米，成為2004年以來的歷史最低值。
太陽能資源呈現(xiàn)出地區(qū)性差異較大，總體呈現(xiàn)高原、少雨干燥地區(qū)大，平原、多雨高濕地區(qū)少的特點(diǎn)。青海大部、西藏中西部、甘肅西部、內(nèi)蒙古西部，新疆東部水平面總輻射年輻照量超過1750千瓦時/平方米，成為太陽能資源最為豐富的區(qū)域；而四川東部、重慶、貴州中東部、廣西北部、湖南地區(qū)水平面總輻射年輻照量不足1050千瓦時/平方米，屬于太陽能資源一般區(qū)。
從全國及各省水平面總輻射年輻照量距平分布看，除海南省偏高5%以上、云南東部偏高3%以上外，全國大部分地區(qū)與常年持平或明顯偏低，其中新疆北部、黑龍江大部偏低 3%以上，貴州東部、湖南、江西、福建等地偏低5%以上，浙江偏低最多超過10% 。
在多云日數(shù)的變化圖上，記者看到，去年全國大部地區(qū)云量增多，月平均多云日數(shù)12天，比常年平均值偏高約7.2%。氣候?qū)＜曳治稣J(rèn)為，影響太陽能資源的因素較多，除云和氣溶膠兩大主要原因外，水汽、大氣成分和太陽活動等均可能產(chǎn)生影響。
太陽能資源開發(fā)與利用分布呈現(xiàn)出地區(qū)差異大特點(diǎn)
客觀、準(zhǔn)確的太陽能資源評價是進(jìn)行光伏發(fā)電建設(shè)的重要保障，它直接關(guān)系到項目立項、設(shè)備選型以及項目的經(jīng)濟(jì)性分析。據(jù)申彥波介紹，建立基于衛(wèi)星與地面實測結(jié)合的太陽能資源計算方法，以及光伏電站最佳傾角、斜面輻射、發(fā)電量氣候折減等關(guān)鍵指標(biāo)分析技術(shù)，能夠廣泛用于光伏發(fā)電工程服務(wù)。
固定式光伏發(fā)電可利用的太陽能資源是光伏組件按照最佳傾角放置時能夠接收的太陽總輻射（簡稱最佳斜面總輻射）。2015年，全國平均的最佳斜面總輻射年輻照量為1710.2千瓦時/平方米，較2004年至2013年平均值偏少63.2千瓦時/平方米，相對偏低3.69%；全國平均的固定式光伏電站的首年利用小時數(shù)為1368.2小時，較平均值偏少50.5小時。
在全國最佳斜面總輻射及光伏發(fā)電首年利用小時數(shù)空間分布圖上，記者看到，2015年，我國東北、華北、西北、西南大部及海南最佳斜面總輻射年總量明顯多于我國東南部地區(qū)。
實際上，太陽能資源開發(fā)利用前景巨大、需求迫切。申彥波告訴記者，太陽能資源開發(fā)利用與氣象條件密切相關(guān)，對服務(wù)技術(shù)能力的要求也更加嚴(yán)格。在太陽能發(fā)電總體開發(fā)規(guī)劃編制和電場建設(shè)選址前，太陽能資源調(diào)查評估是一項必不可少的工作，從而可以獲取電場擬選址地、計劃開發(fā)規(guī)模、開發(fā)優(yōu)先順序等資源開發(fā)利用建議；開展發(fā)電功率預(yù)測是解決電場運(yùn)行中功率波動性問題的主要技術(shù)手段，功率預(yù)測需要發(fā)展建立高時空分辨率且穩(wěn)定運(yùn)行的精細(xì)化氣象預(yù)報技術(shù)體系；臺風(fēng)、雷電、高溫、大風(fēng)沙塵等氣象災(zāi)害和高影響天氣會直接影響電場的安全運(yùn)行，也直接決定電站建設(shè)的前期抗氣象風(fēng)險能力設(shè)計、設(shè)備選型。這些都需要對相關(guān)氣象災(zāi)害和高影響天氣開展風(fēng)險評估和預(yù)報預(yù)警。
據(jù)記者了解，目前，氣象部門評估技術(shù)方法和分析報告已得到神華、華電、三峽、中廣核等集團(tuán)風(fēng)能太陽能發(fā)電公司高度認(rèn)可，并被部分企業(yè)采納為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，取得了很好的服務(wù)效益。
這個看起來像雞蛋一樣的未來派建筑可以說是世界首個真正獨(dú)立的便攜式房屋。這個房屋能夠為兩個成人提供緊湊式住宿空間。在太陽能和風(fēng)能的驅(qū)動下，使用者可以享用溫暖的床鋪以及熱乎的餐食。
風(fēng)能篇
風(fēng)速正常稍偏小 風(fēng)能資源接近常年均值
“利用全國氣象臺站2004年至2015年地面觀測資料，我們統(tǒng)計分析了2015年我國陸地10米高度的風(fēng)速特征，全國地面10米高度年平均風(fēng)速較近十年（2004年至2013年）均值偏小0.52%，屬正常稍偏小年景。”中國氣象局風(fēng)能太陽能資源中心高級工程師周榮衛(wèi)說，“風(fēng)能資源呈現(xiàn)出分布不均，地區(qū)差異性大的特征，上海、江蘇、山東、天津、浙江、北京等6?。ㄊ校┠昶骄L(fēng)速偏小5%以上，西藏、重慶明顯偏大?！?
據(jù)全國風(fēng)能資源高分辨率數(shù)值模擬數(shù)據(jù)（2014）顯示，全國陸面70米高度年平均風(fēng)速均值為5.6米/秒。周榮衛(wèi)說：“2015年，我國平均風(fēng)速大于5.0米/秒的分布區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大，東部沿海大部分地區(qū)、山東大部、華東、華南、華中及西南等部分山區(qū)的平均風(fēng)速也可達(dá)到5.0米/秒?！?
2015年，全國年平均風(fēng)功率密度大值區(qū)主要分布在我國的三北地區(qū)、東部沿海地區(qū)以及青藏高原、云貴高原和華南山脊地區(qū)。年平均風(fēng)功率密度超過300瓦/平方米的區(qū)域主要分布在三北地區(qū)、青藏高原和云南的山脊地區(qū)。這是記者從2015年全國陸地70米高度風(fēng)功率密度圖譜上獲悉的。
據(jù)周榮衛(wèi)介紹，2015年與2014年相比，除了西藏、云南、上海、新疆、江蘇5?。▍^(qū)、市）年平均風(fēng)速和年平均風(fēng)功率密度有不同程度減小外，其他省（區(qū)、市）有不同程度的增加，且多數(shù)?。▍^(qū)、市）年平均風(fēng)速距平百分率增加超過1%，年平均風(fēng)功率密度距平百分率增加超過3%。
從各?。▍^(qū)、市）發(fā)電量變化來看，多數(shù)地區(qū)與常年持平，上海、山東、黑龍江偏小1%以上，其中，上海偏小達(dá)到3.7%；而西藏、遼寧偏大1%以上。
冷空氣偏弱、臺風(fēng)偏少是主因
風(fēng)速是影響風(fēng)能開發(fā)利用的重要因子，一個地區(qū)風(fēng)資源的豐富程度直接跟當(dāng)?shù)爻Ｄ甑娘L(fēng)速大小息息相關(guān)。
“冷空氣頻次偏少、強(qiáng)度偏弱是主要原因。” 周榮衛(wèi)說。
根據(jù)國家氣候中心統(tǒng)計，2015年影響我國的冷空氣共16次，比常年平均（2004年至2013年）偏少4.6次；其中寒潮和強(qiáng)冷空氣比常年平均偏少2.0次，淮河以北地區(qū)寒潮和強(qiáng)冷空氣偏少1.7次；淮河以南地區(qū)寒潮和強(qiáng)冷空氣偏少0.3次。
風(fēng)速對風(fēng)能開發(fā)利用的影響顯而易見，而臺風(fēng)則像是一把雙刃劍，對風(fēng)電場的影響利弊兼有，強(qiáng)度較弱的熱帶氣旋以及其外圍環(huán)流影響的區(qū)域，可以給風(fēng)電場帶來較長的“滿發(fā)”時段（風(fēng)力機(jī)以額定風(fēng)速運(yùn)轉(zhuǎn)的時段），而對華南沿海一帶的風(fēng)電場來說，強(qiáng)度較強(qiáng)的臺風(fēng)可能給風(fēng)電場帶來極大破壞。2014年，“威馬遜”正面襲擊勇士風(fēng)電場，給風(fēng)電場帶來毀滅性的影響。整個風(fēng)電場幾乎被吹倒，現(xiàn)場13臺風(fēng)機(jī)倒掉，另有5臺風(fēng)機(jī)完全損壞（葉片破裂、發(fā)電機(jī)掉落、機(jī)艙被揭開），無法運(yùn)行。
2015年，在我國登陸的熱帶氣旋共6個，分別是強(qiáng)臺風(fēng)“燦鴻”“蘇迪羅”“杜鵑”和“彩虹”、臺風(fēng)“蓮花”和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“鯨魚”。“與常年平均（7.2個）相比，2015年臺風(fēng)個數(shù)明顯偏少，強(qiáng)度偏強(qiáng)。” 周榮衛(wèi)說。
此外，空氣密度和溫度也是影響風(fēng)能開發(fā)的重要因子。以空氣密度為例，如果一個地區(qū)風(fēng)速很大，但是空氣比較稀薄，那么風(fēng)所蘊(yùn)含的能量就會降低，也就是說風(fēng)大但是風(fēng)無力。溫度對于風(fēng)能發(fā)電組件來說至關(guān)重要。在低溫地區(qū)，就需要特定的風(fēng)能發(fā)電組件來工作，確保發(fā)電組件有很好的低溫擴(kuò)展性和適應(yīng)性，從而保證低溫地區(qū)風(fēng)力利用達(dá)到預(yù)期效果。
風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展需加強(qiáng)科學(xué)研究
隨著我國風(fēng)能資源利用的快速發(fā)展，氣象服務(wù)的重要性逐漸顯現(xiàn)出來。氣象災(zāi)害直接影響風(fēng)電設(shè)備安全，氣象服務(wù)評估對風(fēng)電場選址、風(fēng)電機(jī)組選型、風(fēng)電場安全運(yùn)營都具有重要指導(dǎo)意義。因此，有必要研究氣候變化背景下風(fēng)速和極端風(fēng)速的變化，進(jìn)而探討氣候變化對風(fēng)電場發(fā)電量的影響及對設(shè)備的危害。
“例如，在現(xiàn)行的風(fēng)電場風(fēng)能資源評估中，僅考慮30年氣候平均狀況和年際變率，未考慮年代際尺度的區(qū)域氣候變化對風(fēng)能資源和發(fā)電量的影響。” 周榮衛(wèi)坦言，“這需要完善風(fēng)能資源評估規(guī)范和技術(shù)方法，在風(fēng)機(jī)排布、風(fēng)機(jī)選型和風(fēng)險評估中充分考慮氣候變化影響?！?
此外，還要豐富、發(fā)展大氣邊界層科學(xué)理論和氣候變化科學(xué)，提升對區(qū)域氣候變化和大面積安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的綜合/共同影響及其物理機(jī)制的科學(xué)認(rèn)知，為風(fēng)能資源的高效利用提供更有力的支持。
氣象把脈“風(fēng)光”財富
2015年10月，彭博新能源財經(jīng)公布的一份分析報告顯示，可再生能源與化石燃料發(fā)電成本的較量正在發(fā)生顯著變化。以風(fēng)電和光伏發(fā)電為代表的可再生能源，在價格上正在變得更加親民。在一些歐洲國家，陸上風(fēng)電甚至已經(jīng)完全具備了與天然氣、煤炭發(fā)電競爭的能力。
隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，在依賴大量消耗化石能源資源創(chuàng)造巨大物質(zhì)財富的同時，資源和環(huán)境問題也變得越來越突出，能源短缺問題日益突出。
風(fēng)電開發(fā)的“助推器”
風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能資源開發(fā)與利用的主要方式之一。自上世紀(jì)70年代開始，大規(guī)模并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方興未艾。
“國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)許多的從業(yè)者比較重視風(fēng)電項目可行性研究、機(jī)組選型、機(jī)組微觀選址中的風(fēng)能資源技術(shù)，也有人將這些工作統(tǒng)稱為風(fēng)能資源評估工作。”中國氣象局風(fēng)能太陽能資源中心副主任楊振斌說。
自上世紀(jì)80年代初以來，氣象部門先后組織了多次全國范圍的風(fēng)能資源普查工作，為我國風(fēng)能資源開發(fā)利用提供了重要的科學(xué)支撐。在全國風(fēng)能資源詳查和評價的成果上，風(fēng)能太陽能資源中心努力發(fā)展資源評估技術(shù)，研發(fā)了風(fēng)場校準(zhǔn)技術(shù)、百米分辨率風(fēng)場降尺度模擬技術(shù)，建立了滿足工程應(yīng)用的百米尺度風(fēng)能數(shù)值模擬評估系統(tǒng)。
“根據(jù)國家風(fēng)電開發(fā)向低風(fēng)速區(qū)、分散式發(fā)展的戰(zhàn)略調(diào)整，我們得到新一輪風(fēng)能資源評估成果?！睏钫癖笳f，“該成果已提交國家可再生能源‘十三五’發(fā)展規(guī)劃應(yīng)用，并無償為省級氣象部門相關(guān)工作提供支持?！?
“目前，風(fēng)能預(yù)報業(yè)務(wù)服務(wù)產(chǎn)品基本形成，風(fēng)能數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品實現(xiàn)全國陸地區(qū)域的全覆蓋；我們開展多方法對比試驗研究，建立了針對風(fēng)電場的風(fēng)能預(yù)報訂正業(yè)務(wù)，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，提高了風(fēng)能數(shù)值預(yù)報準(zhǔn)確率?！睏钫癖笳f，“我們還研發(fā)了風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)軟件，并已在云南、甘肅、寧夏等地風(fēng)電場成功進(jìn)行部署或升級。部分用戶組織的比對試驗表明，與國內(nèi)主要風(fēng)電功率預(yù)測服務(wù)機(jī)構(gòu)相比，無論是風(fēng)能數(shù)值預(yù)報、還是風(fēng)電功率預(yù)報，中國氣象局系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確率、合格率和上報率都具有一定的優(yōu)勢?！?
摸清光伏發(fā)電的脈搏
我國以及各省太陽能資源總儲量、精細(xì)化的時空分布、各地光伏發(fā)電潛能估算以及光伏發(fā)電預(yù)期收益等是國家和地方政府宏觀決策的重要需求，這些科學(xué)問題都需要?dú)庀蟛块T加大科學(xué)分析和研究，提供可靠翔實的應(yīng)用依據(jù)。
光伏發(fā)電的重要?dú)庀笠亍椛?，而輻射隨地理、年季、天氣狀況而變化，這就決定了光伏發(fā)電的波動性和不確定性，因此功率預(yù)報應(yīng)運(yùn)而生。發(fā)揮精細(xì)化數(shù)值預(yù)報技術(shù)優(yōu)勢，開展輻射及光伏發(fā)電功率預(yù)報，既有利于電力系統(tǒng)科學(xué)調(diào)度、制定常規(guī)能源發(fā)電和光伏發(fā)電規(guī)劃、減少備用旋轉(zhuǎn)容量，又有利于電站合理安排檢修計劃。
此外，利用輻射變化的周期性，如輻射的日變化曲線，在夏季負(fù)荷高峰期，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以為電網(wǎng)發(fā)揮削峰填谷的作用。變不確定為確定，精確的氣象預(yù)報大有可為。
“風(fēng)能太陽能資源中心推動全國太陽能資源詳查與評價的立項工作，推進(jìn)基于地面觀測與衛(wèi)星遙感的數(shù)值模擬計算和綜合評價的國家太陽能資源評價體系，培養(yǎng)太陽能評估專業(yè)技術(shù)隊伍，完成了全國陸地太陽能資源開發(fā)潛力的宏觀評估和重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域的精細(xì)化評估，為國家、區(qū)域太陽能開發(fā)利用規(guī)劃和宏觀政策提供科學(xué)依據(jù)?！敝袊鴼庀缶诛L(fēng)能太陽能資源中心正研級高級工程師申彥波說。
針對光伏發(fā)電功率預(yù)測的需求，風(fēng)能太陽能資源中心研發(fā)了“直散分離”和“最佳斜面”的太陽輻射預(yù)報業(yè)務(wù)?，F(xiàn)已推出了風(fēng)電場/光伏電站區(qū)域未來7天逐時趨勢變化產(chǎn)品；研發(fā)建立的國家風(fēng)能太陽能數(shù)值預(yù)報服務(wù)平臺，向行業(yè)發(fā)放基于數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)（T639）等數(shù)值預(yù)報定制產(chǎn)品，履行面向行業(yè)的公益服務(wù)職能。
此外，風(fēng)能太陽能資源中心采用全國98個輻射站、2400多個氣象站和氣象衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，對全國832個貧困縣光伏發(fā)電太陽能資源進(jìn)行了評價。評價結(jié)果顯示，西北、華北以及中東部地區(qū)大部分貧困縣的太陽能資源均可開展光伏扶貧。
申彥波說：“青藏高原、西北、華北地區(qū)的貧困縣具有較好的太陽能資源開發(fā)條件，適宜開展集中式規(guī)?；夥l(fā)電；中東部地區(qū)的貧困縣具有一定的太陽能資源開發(fā)條件，可考慮開展分布式光伏發(fā)電。”這份《全國貧困縣光伏發(fā)電太陽能資源評估》報送給國務(wù)院扶貧開發(fā)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，得到了充分的肯定。目前，該成果已下發(fā)各?。▍^(qū)、市），成為地方政府制定光伏扶貧規(guī)劃、試點(diǎn)的科學(xué)依據(jù)。
