多源数据融合下的江苏省风能资源评估

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不断增长的能源需求和保障能源供应安全是21世纪全世界面临的主要挑战。作为全球第二大经济体的中国对能源的需求更是与日俱增。清洁能源和可再生能源作为化石能源的替代品潜力巨大。而风能资源具有储量大、二氧化碳排放量低、商业前景大等优点,是目前所有可再生能源中发展最为迅速的。因此,科学、客观、准确的评估出江苏区域内风能资源时空分布特征以及开发潜力是进行风电场规划建设前期的必不可少的基础性工作。基于此,研究利用长时间连续气象观测资料及多源卫星反演风场数据,采用国际上主流的评价指标,综合自然社会因素,利用GIS技术、卫星遥感技术,分析江苏风场时空特性,结合实际开发情况,建立了一套科学、简单有效的海陆区域风能资源评估方法。为今后江苏风能资源开发提供科学的决策依据。研究主要内容包括:(1)卫星反演风速验证。利用海洋观测站实测数据分别验证QuikSCAT、 ASCAT、Windsat数据在江苏近海区域的可用性,分析误差原因。(2)陆地风能资源评估。研究利用2006-2014年江苏气象台站观测数据对陆上风能资源进行评估,根据不同下垫面风的时空变化规律推算出80 m高度的风速并计算出相应的风能资源,结合DEM数据利用GIS技术综合分析江苏陆地风能资源时空特征,获取较为准确的风能资源分布状况及储量情况。(3)近海风能资源评估。研究利用观测数据对多源卫星反演数据进行校正以提高卫星数据精度,并结合海洋观测台站数据、水深数据估算江苏省近海风能资源,分析江苏省近海区域风能资源时空分布特征,进一步揭示海上风能资源的分布以及适于开发区域。研究结果表明:(1)通过近岸海洋气象站台观测数据对不同卫星反演的风场数据进行比较分析,ASCAI、QuikSCAT、Windsat三种卫星反演的风场数据在江苏近海区域精度较高,能够用于风能资源评估。(2)江苏全省陆地风能资源评估结果,表明江苏陆上风能资源十分丰富。风速和地表粗糙度、纬度呈显著的负相关关系,反映出江苏省风能资源空间分布呈南多北少的趋势;而年平均风速和经度呈显著的正相关关系,表明江苏省风能资源分布离海距离越小风能资源越丰富。江苏陆上春季平均风功率密度最大,秋冬两季风功率密度相对较低。江苏全省陆地共计约有13573.24 km2的地区适宜进行风电场建设,可安装97866台Vestas V80风电机组,风能发电量年均可达2.06×105 GWh。(3)利用多源卫星反演数据对江苏近海区域风能资源进行了评估。整体上江苏近海风向、风速比较稳定,盛行风向十分明显,主要风向为东南风,具有典型的季风气候特征。风功率密度月季变化规律明显,基本上呈现出冬季近海风功率密度低远海高的规律,春、夏、秋三个季节近海高远海低的规律。整个海域中年均发电量约为2×106GWh,其中水深不超过25 m的区域年发电量为9×105GWh,水深不超过50 m的区域年发电量约为1.8×106GWh。
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