气候变化对风力发电及风机选型的影响分析

摘要

作为新能源发电技术中最成熟而又适合大规模开发的发电形式，风力发电以其零污染、零排放的发电方式，成为近十年来全球发展最为迅猛的新能源类型。因一次能源来自于风能，风力发电直接受气候的影响，对长时间尺度下气候模式的变化比较敏感。气候变化可能明显地改变风速的统计分布特性，影响风力发电机组的功率输出。作为风电场建设的前期工程，风能资源评估和风机选型均是在气候模式固定的前提下进行的，并没有考虑长时间尺度上气候模式的变化。因风能与风速的立方呈比例，长时间尺度上气候模式变化导致的平均风速异动对低风速地区影响更为突出。当前，我国正大力开发中东部负荷侧低风速风电场，从长时间尺度上分析气候变化所致风速变化及其对风力发电和风机选型影响的演化规律，是亟待开展的工作。
　　收集、整理了我国中、东部6个气象观测站点1973-2012年间的气象数据。论文首先应用三种拟合优度检验方法对各站点的Weibull分布和Rayleigh分布进行了检验，发现Weibull分布与实际数据的拟合差异最小；基于IEC提供的年发电量估算法，提出了发电量的简便估算方法；最后应用线性回归的趋势分析法，从长时间尺度上考察分析了气候变化对各调查站点风速、风功率密度等级以及典型机组容量系数的影响。实例仿真表明，内陆站点(衡山、泰山、黄山和庐山)受气候变化影响较大，风速和典型机组的容量系数均有不同程度的下降趋势，黄山和庐山的风功率密度等级退化明显；沿海站点(九仙山、成山头)各要素则无明显长期变化趋势，风功率密度等级也一直维持在较高水准。
　　风机选型的目的是选择性价比最佳机组，在高效利用风能的同时以最少投资产生最大效益，实现风电机组与风电场的最佳匹配。在现有机组选型研究的基础上，提出了一种考虑机组发电能力与风电场初始投资本的综合选型法。考虑到固定模式下的风机选型结果具有不确定性，应用综合选型法，从长时间尺度上考察分析了气候变化对各站点风机选型的影响。仿真结果表明，风速无显著变化趋势的沿海站点，风机选型受气候变化影响较小；风资源受气候变化影响较大的内陆各站点，气候变化对风机选型的影响同样显著，其中，候选机型对黄山站的风速变动最敏感。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的目的和主要内容

第二章 风资源基本理论及相关概念

2.1 风速模型

2.2 基于Weibull分布的风资源相关模型

2.3 风切变

2.4 发电量的近似估算算法

2.5 本章小结

第三章 气候变化背景下的典型站点风资源变化规律及趋势分析

3.1 调查站点地貌特征与气象资料说明

3.2 分布模型的拟合优度检验

3.3 风速分布的年代际特征

3.4 风能资源的长期变化趋势

3.5 本章小结

第四章 气候变化对风电机组选型的影响分析

4.1 候选机型的主要参数

4.2 容量系数法

4.3 综合选型法

4.4 气候变化对风机选型的影响

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间发表的学术论文及参与的科研项目