天风学长 | “答案在风中飘荡”
来源 : 天风证券投教基地
浏览数 :1704
2022-09-09

 

【天风宏观】“气候与能源”系列报告与交流:
难以忽视的能源真相
难以忽视的能源真相(2022版)

对话毛留喜:气候变化与能源危机

 

时间:2022-09-03(周六) 16:00

嘉宾:宋丽莉(中国气象局风能太阳能资源中心副主任、中国气象局公共气象服务中心首席

主持:天风宏观郭微微/宋雪涛

 

问:近年来全球和中国风速风带的时空变化特征及趋势?

答:有人担心气候变化背景下风速变低、风能资源变少,对风能资源利用带来很大冲击,我个人不太认同。我们团队从2014年到2021年每年评估我国的风能资源年景,整体特征是每年都上下波动,变化比较复杂,并不是持续变小的特征,比如东北2014年风能偏少,2016-2019年偏多,2015年、2020和2021年属于平均年景。观察各省的风能资源,每年偏多的省份和偏少的省份也都不一样,2014年偏少的省份比重较大,2016、2017、2018年偏多的省份比重较大, 2021年是对半开,但主导我国风能资源大小年景的是我国风资源丰富的(西北、华北、东北)三北地区,所以,风气候的变化对风资源的影响是比较复杂的。

多数北半球风资源丰富的地区靠近北半球中纬度风暴轴,也是西风带所在区域。气候变化背景下,北极的增暖会造成北半球经向温度梯度减弱,风暴轴的强度减弱,西风带减弱,进而影响中纬度涡旋的强度和发生频率,导致中纬度近地面风速下降。

还有专家研究估测了不同碳排放情景下我国风速的变化,结论是北部和西部呈减少的趋势,东南和东北部呈增加趋势。但这只是一家之言,是计算模型模拟的。计算模型可以模拟主要特征,很难描述细节特征,比如一个山地风电场是不能描述的。

我的观点是,气候变化对风光资源大小的确有影响,但仍不足以改变我国资源分布的格局,季节变化和区域分布不会变化。资源好的地方仍然好,资源不好的地方不会因为气候变化产生质的改变。

 

问:风速变化是否会影响风电效率和潜力?

答:首先,风速的年度变幅远远超过气候变化的逐年变幅。有一些文献说每年风速会减少零点几米/秒,实际上风速的年度变化幅度远超过这个量级。

其次,就大范围区域而言,风的变化趋势并没有那么大。大部分文献以气象站测风数据来说风速变小了,但绝大多数气象站位于城镇附件或人类活动频繁的位置,建筑物或城镇绿化树木遮挡了测风站的风,影响了测风值,并不能代表风电场所在荒山野岭的风速。我们分析了40多个建在高山上的气象站的数据,那些站点风速30年只下降了零点几秒/米,幅度非常小。有的论文没选好基础资料,只是单纯分析数字,没理解这些数字背后的影响因素。

最后,科技进步会主导风资源的开发利用。我们过去主要利用50-70米高度的风资源,叶轮50、60米就已经很长了;现在利用100多米的风资源,风电机组的轮毂在100-140米高度,叶轮有120米以上,捕风面积大了很多倍,不久将来我们可能利用200-300米以上高度的风资源,机组和叶轮伸展的更高,获取的资源就更多。气候变化与风速下降远远不是科技进步的对手。

 

问:全国风能资源状况如何?

答:我国风能资源在西北部,主要负荷在中东部,加上地形复杂多山、资源密度不高,无论是运输还是开发,成本都要比欧美高很多。此外,风能受灾害影响也比较大,台风是影响我国海上和沿海地区风电开发最重要的极端天气。

能够得出这些结论的原因是,近十几年我国建立了达到工程应用精度的风能资源评估体系,对风能资源摸查的精准度和能力已经达到国际领先水平。现在可以做到颗粒度从公里级到百米级的风能资源图谱,一公里的分辨率看资源仍然是一些方块,200米的时候就能看到细节,100米的时候就可以看到更细的细节,可支持风电场风机如何部署。

这套数据是不断更新的。风电场的风机轮毂从50-70米升高到了140米,叶轮已经上升到260-300米,所以我们的数据也在往高层做,2020年支撑国家“十四五”规划和“双碳”研究的时候已经给到150米高度的全国风能资源数据,以及海上、陆地的装机密度系数。图中红橙色的部分是风电可以大规模密集部署的地方,主要是西北部、沿海,西南地区也有零星分布。对比70米和100米高度的系数分布情况可以看出,轮毂越高,可密集布局风机的区域越多。

 

问:极端天气对风电开发的影响?

答:风电开发应该更关注气候变化引发的极端天气改变和增加,比如台风、覆冰、小风寡照。

最典型的极端天气是台风。台风需要防,更需要利用。对风电而言,台风的涡旋区会致灾,风机是柔性的结构,哪怕热带低压8级涡旋都会带来风机损坏,无论发电风速预报多准确,都难以直接用于风电场的应对操作;但外围大风会产生效益,风电机组可以应对高达12级的台风外围平稳气流,可以利用、满发。

近几年正面登录我国的台风有所减少,且海上风电的分布密度还不高,涡旋正好穿过风电场是小概率事件,还没有看到造成毁灭性伤害的实例。但如果台风漩涡正面袭击风电场,很可能带来巨大的损毁。每个风电场在建设的时候都应该评估台风涡旋的袭击概率,对防范和应对策略做到心中有数。行业内也在努力研发台风型风机,目标是台风来了以后,即使叶片断了,轮毂不要掉,保住主要结构。

 

免责声明:

本栏目刊载的内容来源于下述研究报告,相关内容仅供天风证券客户中的专业投资者参考,且仅为投资者教育之目的,不构成任何投资建议,研报的法律声明、评级说明、风险提示等信息,请务必查阅报告原文。投资者不应以该等信息取代其独立判断或仅根据该等信息做出决策。投教基地力求本栏目刊载的信息准确可靠,但对这些信息的准确性或完整性不作保证,亦不对因使用该等信息而引发或可能引发的损失承担任何责任。

 

 

 

 

 

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【天风宏观】“气候与能源”系列报告与交流:
难以忽视的能源真相
难以忽视的能源真相(2022版)

对话毛留喜:气候变化与能源危机

 

时间:2022-09-03(周六) 16:00

嘉宾:宋丽莉(中国气象局风能太阳能资源中心副主任、中国气象局公共气象服务中心首席

主持:天风宏观郭微微/宋雪涛

 

问:近年来全球和中国风速风带的时空变化特征及趋势?

答:有人担心气候变化背景下风速变低、风能资源变少,对风能资源利用带来很大冲击,我个人不太认同。我们团队从2014年到2021年每年评估我国的风能资源年景,整体特征是每年都上下波动,变化比较复杂,并不是持续变小的特征,比如东北2014年风能偏少,2016-2019年偏多,2015年、2020和2021年属于平均年景。观察各省的风能资源,每年偏多的省份和偏少的省份也都不一样,2014年偏少的省份比重较大,2016、2017、2018年偏多的省份比重较大, 2021年是对半开,但主导我国风能资源大小年景的是我国风资源丰富的(西北、华北、东北)三北地区,所以,风气候的变化对风资源的影响是比较复杂的。

多数北半球风资源丰富的地区靠近北半球中纬度风暴轴,也是西风带所在区域。气候变化背景下,北极的增暖会造成北半球经向温度梯度减弱,风暴轴的强度减弱,西风带减弱,进而影响中纬度涡旋的强度和发生频率,导致中纬度近地面风速下降。

还有专家研究估测了不同碳排放情景下我国风速的变化,结论是北部和西部呈减少的趋势,东南和东北部呈增加趋势。但这只是一家之言,是计算模型模拟的。计算模型可以模拟主要特征,很难描述细节特征,比如一个山地风电场是不能描述的。

我的观点是,气候变化对风光资源大小的确有影响,但仍不足以改变我国资源分布的格局,季节变化和区域分布不会变化。资源好的地方仍然好,资源不好的地方不会因为气候变化产生质的改变。

 

问:风速变化是否会影响风电效率和潜力?

答:首先,风速的年度变幅远远超过气候变化的逐年变幅。有一些文献说每年风速会减少零点几米/秒,实际上风速的年度变化幅度远超过这个量级。

其次,就大范围区域而言,风的变化趋势并没有那么大。大部分文献以气象站测风数据来说风速变小了,但绝大多数气象站位于城镇附件或人类活动频繁的位置,建筑物或城镇绿化树木遮挡了测风站的风,影响了测风值,并不能代表风电场所在荒山野岭的风速。我们分析了40多个建在高山上的气象站的数据,那些站点风速30年只下降了零点几秒/米,幅度非常小。有的论文没选好基础资料,只是单纯分析数字,没理解这些数字背后的影响因素。

最后,科技进步会主导风资源的开发利用。我们过去主要利用50-70米高度的风资源,叶轮50、60米就已经很长了;现在利用100多米的风资源,风电机组的轮毂在100-140米高度,叶轮有120米以上,捕风面积大了很多倍,不久将来我们可能利用200-300米以上高度的风资源,机组和叶轮伸展的更高,获取的资源就更多。气候变化与风速下降远远不是科技进步的对手。

 

问:全国风能资源状况如何?

答:我国风能资源在西北部,主要负荷在中东部,加上地形复杂多山、资源密度不高,无论是运输还是开发,成本都要比欧美高很多。此外,风能受灾害影响也比较大,台风是影响我国海上和沿海地区风电开发最重要的极端天气。

能够得出这些结论的原因是,近十几年我国建立了达到工程应用精度的风能资源评估体系,对风能资源摸查的精准度和能力已经达到国际领先水平。现在可以做到颗粒度从公里级到百米级的风能资源图谱,一公里的分辨率看资源仍然是一些方块,200米的时候就能看到细节,100米的时候就可以看到更细的细节,可支持风电场风机如何部署。

这套数据是不断更新的。风电场的风机轮毂从50-70米升高到了140米,叶轮已经上升到260-300米,所以我们的数据也在往高层做,2020年支撑国家“十四五”规划和“双碳”研究的时候已经给到150米高度的全国风能资源数据,以及海上、陆地的装机密度系数。图中红橙色的部分是风电可以大规模密集部署的地方,主要是西北部、沿海,西南地区也有零星分布。对比70米和100米高度的系数分布情况可以看出,轮毂越高,可密集布局风机的区域越多。

 

问:极端天气对风电开发的影响?

答:风电开发应该更关注气候变化引发的极端天气改变和增加,比如台风、覆冰、小风寡照。

最典型的极端天气是台风。台风需要防,更需要利用。对风电而言,台风的涡旋区会致灾,风机是柔性的结构,哪怕热带低压8级涡旋都会带来风机损坏,无论发电风速预报多准确,都难以直接用于风电场的应对操作;但外围大风会产生效益,风电机组可以应对高达12级的台风外围平稳气流,可以利用、满发。

近几年正面登录我国的台风有所减少,且海上风电的分布密度还不高,涡旋正好穿过风电场是小概率事件,还没有看到造成毁灭性伤害的实例。但如果台风漩涡正面袭击风电场,很可能带来巨大的损毁。每个风电场在建设的时候都应该评估台风涡旋的袭击概率,对防范和应对策略做到心中有数。行业内也在努力研发台风型风机,目标是台风来了以后,即使叶片断了,轮毂不要掉,保住主要结构。

 

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