GIS在风能资源共享服务及开发领域的应用研究

摘要

风能是一种清洁的可再生能源，它是可再生能源中最具开发前景的一种。在当今世界新能源产业中，风力发电是开发技术最成熟、最具大规模开发和商业化发展前景的发电方式。由于其在减轻环境污染、减少温室气体排放、促进可持续发展中的突出作用，越来越受到世界各国的高度重视，并得到广泛的开发和应用。为贯彻落实《可再生能源法》，实现风电自主化建设和风能资源的有序开发利用，在现有风能资源普查工作的基础上，进一步开展全国风能资源详查和评价，是一项极其重要的基础性工作。建立风能资源数据共享服务系统，完成风电场风能资源测量与评价工作，是全国风能资源详查和评价工作中重要的组成部分。 风能资源数据信息量大，且与地理空间信息密切相关。GIS在数据处理、数据分析和数据可视化综合管理方面具备了强大的功能，将GIS技术方法引入风能资源数据库建设中，运用于风能资源共享服务系统，可实现风能资源数据的可视化表达和风能资源可开发量分析。依托发改委、财政部、中国气象局联合承担的“风能资源数据库建设”项目，结合在风能资源数据共享服务中的实际工作，选取其中基于GIS的风能资源可视化和风能资源可开发量分析两个模块，进行了以下研究： 1.将GIS可视化技术应用到风能资源共享服务中，制定风能资源数据空间查询检索策略，提供风能资源数据的可视化在线表现。 2.结合风能数值模拟计算结果，基于GIS对资源、土地、地形等实际风电场开发要素的分析，估算中国陆地风能资源可开发量；基于风能资源等级、台风区域范围，估算中国近海50km风能资源可开发量，并分析中国数亿千瓦风电分布情况。 3.利用GIS建模功能，建立中国陆地和近海50km风能资源可开发量计算模型。 研究结果显示： 基于GIS可视化的技术手段，在风能资源数据库的数据基础上，通过风能资源数据共享服务系统可提供风能资源数据及相关信息的在线查询、检索和显示；并用图表，专题地图，三维地图等直观形式表现出风能资源数据的特征和规律，能实现风能资源数据在线发布。 对风能资源可开发量的空间分析结果表明，在中国可进行数亿千瓦风电规模化开发的区域主要分布在内蒙古大部、新疆东北部、甘肃北部、台湾海峡、浙江沿海、福建沿海和广东东部沿海。 运用GIS建模功能建立的中国陆地和近海50km风能资源可开发量计算模型，在风能资源可开发量估算的实际工作中，可起到保证计算准确率，提高计算效率的作用。 研究创新之处在于将GIS技术引入风能资源开发领域，充分利用GIS系统在空间数据处理上的优势，实现风能资源数据的可视化和风能资源可开发量的估算。为充分开发风能资源提供了最基本的先决条件，为各地大型风电场的规划布局提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景和研究意义

1.2研究现状

1.2.1国内外研究进展

1.2.2现阶段研究中存在问题

1.3研究内容

1.3.1基于GIS的风能资源数据可视化表达

1.3.2风能资源可开发量计算方法

2理论基础

2.1GIS与WebGIS

2.2WMS

2.3SOA

2.4地理信息共享

2.5风能资源相关理论

2.5.1风向

2.5.2风速

2.5.3风向频率

2.5.4风速频率

2.5.5瑞利分布模型

2.5.6威布尔分布模型

2.5.7风功率密度

2.5.8平均风能密度

2.5.9有效风功率密度

2.5.10湍流强度

2.5.11风切变指数

3 GIS可视化技术在风能资源共享服务中的应用

3.1风能资源数据共享服务系统

3.2风能资源数据检索策略

3.2.1基于空间关系查询

3.2.2基于空间关系和属性特征查询

3.2.3地址匹配查询

3.3 GIS对风能资源数据的显示方法

3.3.1统计图表

3.3.2专题地图

3.3.3三维可视化

3.4基于GIS实现风能资源可视化的优势

4基于GIS空间分析功能的中国风能资源可开发总量计算

4.1数值模拟方法简介

4.1.1MM5

4.1.2 WRF

4.1.3数值模拟结果

4.2全国数亿千瓦风电场选址及可开发量计算模型

4.2.1选址问题及选址因子

4.2.2选址策略与技术流程

4.2.3研究所需数据源

4.2.4选址技术实现

4.2.5风能资源可开发总量计算

4.2.6建立可视化模型

4.3结果评价

5结论与展望

5.1解决问题

5.2方法优势

5.3创新点

5.4展望

附图

参考文献

致谢