黑龙江省风能资源及其分布.doc

84黑龙江省风能资源及其分布王育光 杜春英 祖世亨 石 剑 王 萍（黑龙江省气象科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150030）摘 要:本文利用全省各地的年、月平均风速直接计算实有风能，平均有效风速的年、日分布特征，不同等级风速频率分布特征，最大风速的推定及其结果，风能密度的计算，将全省风能资源按其优劣程度划分为三个区域等级进行评价关键词：风能；分布；特征；评价1 各种风速分布的基本状况黑龙江省地处欧亚大陆东岸，大部属温带大陆季风气候每年春、秋过渡季节，极锋进退，气旋和反气旋活动频繁，是全省范围平均风速增大的主要原因利用平均风速直接计算实有风能虽有不足，但作为反映风能资源潜力的一项简明指标，仍有可取之处在目前能源价格和风能利用的技术水平下，年平均风速只有大于 3.5m/s或 3.0m/s 时，才有可供利用的经济意义为此，我们用每日 24 小时自记资料，统计全省各地的年平均风速以及分别代表春、夏、秋、冬四季的各月平均风速可以看出：全省年平均风速在 2.5 到 4.0m/s 之间，部分山区林地低于 2.5m/s、部分平原丘陵高于 4.0m/s如以年平均风速大于 3.0m/s 为可利用的界线，则我省主要农、牧业地区均在此范围之内，包括西部的广大松嫩平原，东部的三江平原及其南部的丘陵，中部沿松花江两岸的开阔地区以及瑷珲附近黑龙江中段的小片地区。

其中尤以松嫩平原的东部、三江平原的中部和南部直到兴凯湖以北的大片地区，以及连接这两大片地区的松花江中段狭长的河谷地区，年平均风速都在 3.5m/s 以上，最高在 4.0m/s 以上形成了黑龙江省的主要大风区，这种大风区与农牧业生产重点区、农村人口集中区地域分布的重合，不仅为我省广大农村开发利用风能提供了优越条件，而且有利于提高风能利用的经济价值，是综合评价全省风能资源潜力的一项重要因素除此之外，全省尚有不少地区年平均风速在 3.0m/s 以下，它们主要集中在北部的大、小兴安岭和东南部的张广才岭、老爷岭等山地林区这些地区由于地形的影响，森林的屏蔽，致使大部分位于山谷之中，居民点附近，林冠之下的测风记录受到显著影响表现出风速降低，风能资源明显不足分析一、四、七、十各月所代表的冬、春、夏、秋各季风速以春季风速最大，秋季次之，冬夏最低四月平均风速全省广大平原和低山丘陵地区均在 4.0m/s 以上，有的甚至超过 5m/s十月平均风速比四月偏低，全省大部分地区在 3.5m/s 以上，松嫩平原南部和东部，合江地区西南部等地区平均风速大于 4.0m/s一月平均风速略低于七月，但东部地区85即通河绥滨一线以东，兴凯湖以北的大片地区平均风速却大于 4.0m/s，和西部松嫩平原平均风速较低的状况形成鲜明的对比。

七月平均风速西部较东部为大，重点大风区风速可达3.5m/s 以上，而此时东部地区平均风速均在 3.0m/s 左右1.1 平均有效风速的年、日分布特征有效风速通常是指足以使大多数风力机浆叶起动，并输出一定功率的最低限度风速，根据目前国产大多数小型风力机的起动风速，我们分别选用 3.5m/s、4.0m/s 两个等级的有效风速分析了它们多年平均出现的时间可以看到：首先，全省绝大多数地区，平均风速≥3.5m/s 和≥4.0m/s 的时间，一年之中主要集中在冬末夏初之间的 3、4、5 月，秋末冬初的 10 和 11 月如哈尔滨、佳木斯、黑河、集贤、安达等地均属此类其次，就全省而论，冬季出现有效风速的时间虽然不多，但东部和西部地区的差别却比较明显如嫩江、齐齐哈尔、海伦等地，在冬季 12 月和 1 月基本上不具备有效风速相反位于我省东部的通河、密山、集贤、富锦等地，冬季有效风速出现时间显著增加，甚至达到接近和超过当地秋季有效风速出现的时间第三，全省范围内可供风力机利用的有效风速，一般都出现在白昼，即从上午 8—9 点钟到下午 4—6 点钟之间，其时间跨度的大小，除随年平均风速的增加而增加，也随季节的不同而不同，一般冬夏两季较短，春秋两季较长。

唯有春季大风期间，有效风速几乎昼夜出现如：哈尔滨、安达、嫩江、黑河、集贤等地但少数地区如抚远、富锦等地冬季常可见到夜间有效风速增加的现象根据上述有效风速出现时间的年、日分布特征和我省农村能源消费的特点，可以认为它们之间存在着较好的匹配关系就季节而论：春、秋两季大风时期，正是我省春季农田、牧场抗旱灌溉、秋季蓄水灌溉、早春蔬菜温室取暖、粮食晾晒、农机检修、牧业剪毛、接羔、秋季打场、粮米饲料加工等各项农事繁忙，能源消耗集中的季节白昼大风，也正是农村非田间的白班作业动力消费的高峰时间，这种风能密集和消费集中之间的匹配关系，是考虑开发利用我省风能资源的有利因素之一同时也必须指出单纯利用风能解决夜间照明，也存在不足的一面1.2 不同等级风速频率分布特征在分析风能资源时，必须重视不同风速的组成，也就是说，在某一时期内（年、月） ，不同等级风速出现的概率（或频率） 分别统计了全省各地不同等级风速的出现频率以分析其概率分布特性从分析结果看：首先，不同等级风速概率分布随年平均风速的不同而不同，一般年平均风速低于 2.7m/s 的地区，概率分布曲线呈指数型，峰值位于零值区，曲线向右侧迅速呈单调下降表明这类地区静风、弱风频率特大，有效风速所占比例显著减少，风能资源及其可用时间很少。

当年平均风速大于 2.8m/s 时，频率分布曲线逐渐取正偏态分布型，峰值（即众值）离开零值区，随年平均风速增加，逐渐向右侧移动，静风和弱风频率显著减少，有效风速渐次增多，风能资源及其可用时间相应提高和延长86其次，不同等级风速的概率分布，在地域和年际之间存在一定的变异以年平均风速均为 3.6m/s 的佳木斯、富裕、依安、青冈、汤源、密山等地的不同等级风速的概率分布，来分析地域间的变异（见表 1） ；可以看出：当风速等级在 3—4m/s 和 8—9m/s 之间，其离差系数一般不超过 10%，而且地域与年际之间的变异大体相近，变化不大，说明在这阶段的风速出现的概率比较稳定，地域和年际之间的变化都比较小，但是当风速小于 4m/s 或高于 9m/s，不同等级风速出现的概率，随风速等级的降低和提高，离差系数明显增大，说明弱风（9m/s）出现的概率，很不稳定，而且在弱风段地域变异显著超过年际变异，在强风段年际差异又超过地域差异表 1 不同等级风速概率分布年际之间、地域之间变异之比较各 地 风 速 概 率 分 布项目风速等级平均风速概率%离 差系数% 富裕 依安 青冈 佳木斯 汤原 密山各地平均风速概率%离 差系数%0.0-0.91.0-1.92.0-2.93.0-3.94.0-4.95.0-5.96.0-6.97.0-7.98.0-8.99.0-9.910.0-10.911.0-11.912.0-12.913.0-13.914.0-14.915.0-15.916.0-16.917.0-17.918.0-18.919.0-19.920.0-20.921.0-21.922.0-22.923.0-23.924.0-24.913.1617.3117.0214.4411.698.846.264.192.711.611.06.69.40.25.14.09.06.04.03.01.0113.277.374.103.481.744.886.138.398.738.4322.7719.0131.7426.0032.9668.1999.6777.41116.02159.72111.806.6716.6621.4918.4712.248.585.583.762.591.51.95.59.38.23.11.10.05.02.017.0014.7721.2418.6613.439.325.833.622.291.441.00.62.339.10.08.03.02.015.2416.5823.0418.4512.618.615.873.542.401.44.87.54.37.24.10.06.03.02.0113.1717.3017.0114.4311.698.846.254.192.731.611.06.68.40.25.15.09.06.03.03.01.018.9614.7819.5018.8214.198.915.713.672.331.28.84.41.24.13.09.06.02.02.01.019.3618.1720.0915.0410.987.965.474.122.962.021.39.90.52.34.22.09.06.02.01.018.4016.3820.4017.3112.528.705.833.822.551.551.02.62.37.23.13.08.04.02.01.0130.327.619.2310.608.484.733.596.529.3414.9717.8723.9222.3927.6135.2619.0937.7417.2055.90100.00第三，全省各地不同等级风速概率分布的特征还进一步说明（见表 2）我省 0.0—3.9m/s 级的风速出现概率很大，约占 55—85%，合全年 4800—7400 小时，其出现概率随年平均风速增加而降低，说明年平均风速较大的地区，全年弱风和静风的实有时数相对较少。

但≥3.0m/s 或≥4.0m/s 以上的有效风速，出现概率大体为 26—62%和 15—45%，随年平均风速增加而增加，大约相当于全年 2200—5400 小时和 1300—4000 小时还需指出，全省≥17.0m/s 的风速出现概率很小，年平均风速较高的地区，也不超过 0.21%，全年仅有 20小时左右87表 2 黑龙江省不同年平均风速下各种等级风速出现百分率及其实有时数年平均风速 1.8—2.3m/s 2.4—2.7m/s 2.8—3.0m/s 3.1—3.3m/s 3.4—3.6m/s 3.7—3.9m/s 4.0—4.4m/s项目风速等级 % 时数 % 时数 % 时数 % 时数 % 时数 % 时数 % 时数0.0-3.9m/s3.0-16.9m/s4.0-16.9m/s17.0-20.9m/s≥21.0m/s84.6825.6915.3174182250134176.5536.7223.4367063217205272.0142.8227.970.01630837512450167.0849.2332.880.02587643132880263.7354.1336.140.02558347423166258.5959.0041.300.09513251683618855.0961.7544.680.19482654093914171.3 最大风速的推定及其结果在利用风能的过程中，设计制造和安装使用部门，都需要根据在一定的保证率下，可能出现的最大风速，来考虑风力机浆叶、塔架以及地基的强度。

而推定不同保证率下的最大风速通常应用最广泛的是皮尔逊Ⅲ曲线皮尔逊Ⅲ型概率密度方程为：（1）dxaeY)1(0式中：Y 0为众值（X）处的概率密度，a 为 与 a0的差值，d 为 x 与 的差值XX这个曲线的形式可由均值 x 及 a、d 值决定，而 a、d 又取决于数列的离差系数 Cv和偏差系数 Cs，由于：（2）ni（3）1)(2kiv（4）3)(vsCn其中：X i为年最大风速序列（i=1，2，3，……，n）n 为观测年数Ki=Xi/X根据皮尔逊Ⅲ型曲线，a、b 和 Cv，C s的关系如下：（5）XCsv2)4(（6）asv因此，有了 Cv、C s和 值，曲线方程即已确定，各个频率 P 的 Xp值可由下式求得X88（7）)1(vpCX其中 φ 值又可从“皮尔逊Ⅲ曲线的离均系数 φ 值表”查得由式（6）可知，当 Cs=2Cv时， ，因 ，即数列的最小Xa0)(0ba值为 0，如 Cs ，a 0<0，即最小值为负值，因为年最大风速不可能为负值，故不合。