我国风能资源开发利用的前景[1]

朱瑞兆

（国家气象局气象科学研究院）

风能“取之不尽，用之不竭”，被誉为永久性能源。它不污染环境，被称为清洁能源，又被称为再生能源。在常规能源日趋减少和环境污染日益严重的社会背景下，它的价值更被世界各国所重视。一些发达的国家如西德、英国、丹麦、荷兰、美国、加拿大、日本以及澳大利亚等都先后制订了风能开发利用计划。美国计划到2000年风力发电可提供4%～6%的需电量。美国农业部计划在最有发展前景的大平原地区依靠风能提水灌溉，到20世纪末取代地面灌溉用电的60%～70%，人工降雨用电的30%～45%，相当于节省了燃料的一半，相当于每年180亿kW·h电能。瑞典规划到2000年利用风能资源发电可达100亿kW·h，占发电量的12%。荷兰到20世纪末至少安装200万kW风力发电站和装备15000台风力机组，总容量达45万kW的分散小规模电站，占总发电量的10%。

风能是地球上自然资源的一部分。整个地球上可利用的风能总量，近地面有1.3×1012kW，大约是当前世界消耗总能量的3000倍。我国地面风能潜力估算为1.6×109kW，其中可利用者若按十分之一计，也有1.6×108kW。

风能一般用风能密度，即单位时间里气流垂直通过单位面积的风能来度量。风力机在一定风速下才能启动，到一定风速时又需要切断。我国取启动风速为3m/s，切断风速为20m/s；3～20m/s为有效风速，由此计算的风能为有效风能。

一、我国的风能资源

我国风能资源大致可划分为风能丰富区、较丰富区、可利用区和风能贫乏区（见表1）。

1.风能丰富区。集中分布在三个地区：①东南沿海和山东、辽东沿海及岛屿；②内蒙古北部；③松花江下游。约占全国总面积的8%。全国年平均风速≥6m/s的地区除了几个高山外，所有风速≥6m/s的地方，都集中在上述地区。平潭年平均风速为8.7m/s，是全国平地上最大的，该区有效风能密度均在200W/m2以上，最大可达749.1W/m2。内蒙古呼勒盖尔也在300W/m2以上。这些地区风速为3～20m/s的时间，平均每天有21h以上，是我国风能开发利用的最好地区。

2.风能较丰富区。集中在沿海地带、三北北部和青藏高原地区，约占全国总面积的18%。

沿海地带是从汕头沿海岸向北，经江苏、山东、辽宁沿海到丹东。三北北部区是从吉林图们江口向西沿燕山北麓经河套穿河西走廊过天山到新疆阿拉山口。这两区的风能密度为150～200W/m2，风速≥3m/s的时间有4000～5000h。风能最佳的季节，在内蒙古西部及西北北部为春夏季，华北北部为冬春季。沿海以长江口为界，以北为冬春季，以南为秋冬季。青藏高原是一个特殊地区，风能密度在150W/m2以上，个别地区如五道梁可达到180W/m2。由于这里海拔在3000～5000m以上，空气密度较小，同样大的风速，这里风能却较小。如风速同样是8m/s，上海与林芝两地高度相差约3000m，风能密度相差30%；上海与那曲高度相差4500m，风能密度相差40%。所以，对于风机来说，启动风速和切断风速都要相应提高。青藏高原风能最佳季节为春夏季。

3.风能可利用区。约占全国总面积的50%，分布在广西、广东的沿海、大小兴安岭、黄河中下游及青藏高原东侧和北侧。该区有的季节风能较好，有的季节风能贫乏。

4.风能贫乏区。占全国面积的24%，分布在较大的盆地或河谷中，如四川盆地、雅鲁藏布江河谷、塔里木盆地等。这些地区风能密度在50W/m2以下，如成都仅为35W/m2，风速≥3m/s的累积小时数仅400h。西双版纳的景洪更小，年平均风速仅0.5m/s左右，除了高山峡谷外风能很难利用。

二、我国风能的开发利用

开发利用区是指风能丰富区和较丰富区。按上述大致是分布在两个大地带，即沿海及其岛屿地带和三北北部地带。这些地区中的山区、海岛、草原等远离电网，交通不便，应是我国首先推广风力发电的地区。

我国三北北部广大牧区至今尚未摆脱掉“照明点油灯，提水用水戽，取暖烧牛粪，剪毛靠人工”的状态。按内蒙古自治区牧民需求，可初步按两个水平估算：低水平（包括照明、电热毯、电视等）约90kW·h；按高水平（炊事、冷藏、缝纫、电牧栏等）约490kW·h。在牧业生产的电力消耗方面，估计近期每2000头（只）牲畜，只要装备一台2～3kW的风力发电机即可基本满足需要。

我国著名的“风库”——河西走廊地区是典型的宜农宜牧区，风能资源丰富，地下水储量大。因地制宜地开发风能，推广应用风力机，不但可为该地区35万人口中的50%以上无电的农牧民提供生活用电，而且利用风能提水，以解决植树种草，改良草场，保护植被，固定流沙等问题。

河西走廊的酒泉地区风能开发利用发展较快，1975年开始风力发电机的研制，至1982年底先后研制出200W、500W、1kW和10kW四种机型，其中500W机型1983年共生产2317台。

新疆风能利用起步较晚，但发展速度却很快。在达坂城已安装100kW、50kW中大型风力机。此外还有几百台小型风力机安装在牧区。

西藏目前已购进国内不同类型的风力发电机200台左右，主要分布在那曲、阿里、山南、日喀则等地区。

东部沿海和海岛风带是我国主要风带之一。我国有海岸线11000km，面积500m2以上的岛屿有6536个。这些地方电力不足，而恰是我国风能最佳地区，以风能代替或补充电能等能源不足是有广阔前景的。目前我国10～200kW的风力发电机组基本上集中安装在沿海地带。平潭4台200kW、荣成4台55kW的风力田在运转试验。嵊泗22kW、55kW风力田已并网运行。

部队边防哨所地处偏僻，自然条件恶劣，缺乏电力，但风力资源丰富或较丰富。若以70～120人独立驻防设计，为解决生活用电则要配备5～12kW的柴油发电机，每年耗费极大。近年来，部队为推广运用风力发电机进行多点应用试验研究，共安装19台在边防岛屿、哨所使用，取得了很好的效果。

目前，我国风能的开发利用基本上还处于研究试验和示范阶段，但其发展速度还是较快的。估计到2000年可提供1%的需电量，在农村生活用能中风能可达5%～10%。

近年来，“风力田”是世界风能开发利用的新趋向。其特点是以少集多。美国到1983年已在加利福尼亚州等地区建立了43个风力田。英国在北海建立了20个风力田，每个风力田装风机由几十台到几百台不等。此外西德、加拿大、丹麦等也积极开展这方面的工作。我国也在平潭、荣成、达坂城等地进行风力田的试点研究工作。

世界气象组织曾对全世界风能资源进行分级，按风能密度和相应的年平均风速将全世界风能分为10个等级。

我国的风能资源仅在2～4级，沿海及岛屿可达5～6级。从大范围来看，我国沿海及岛屿与其他国家相比，大致相当或稍低一些；但大陆上低得较多，如与美国相比大致低1～2级，比苏联低2级以上，比荷兰、丹麦、西德、澳大利亚、日本也低1～3级。所以从世界总的风能资源上看，我国属一般风能区，这主要是受青藏高原屏障影响的结果。因此发展我国风能不能完全照搬国外的经验，我国目前主要是解决农村能源，应以中小型为主。但在生活用能得到缓解的同时，就要向生产用能转化。我国风能资源成片虽较差一些，但在局地地势条件下，仍可以找到风力较好的一些地点，发展风力田和大型风力机为生产提供一定的能量，也是有条件的。

此外，在有条件的地区还可与太阳能、沼气、地热、海洋能综合利用，实现多能互补。

随着能源消耗的增加和常规能源的日趋减少，风能利用会被重视的。风能利用同现代化空气动力学、结构力学、电子技术、材料、工艺和计算技术的发展有密切关系。毫无疑问，风能利用会达到一个新的水平。

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[1]本文发表在《中国气象》，1988年第2期，收录在《风能、太阳能资源研究论文集》，气象出版社2008年版。