于海跃+李红英+张玉香

摘 要：酒泉作为全国“千万千瓦级”风电基地之一，分析研究酒泉市风电基地风况变化对风力发电的影响以及对酒泉市风能产业的发展规划和电网的安全稳定运行具有重要的理论意义和实际价值。结果表明：酒泉各站风速呈整体减小的趋势，且金塔、玉门、瓜州和敦煌风速减小趋势极为显著，但在不同的时期各站风速变化具有不同的变化特征。进入21世纪以来，除玉门外其余各站平均风速又呈现出缓慢增大趋势。大风日数演变趋势表现为显著的递减趋势，年大风递减率达-4.64d/10a（通过0.001信度检验）。距地面10m高度层处风能密度在200W/m2左右，随着高度的增加而风能增大，到70m高度层风能密度达350W/m2以上，10～70m层内平均风能值在270W/m2以上，酒泉市风能储量相当可观，为风电的大力发展提供了最重要的前提和基础，因而风电的发展前景巨大。

关键词：酒泉；风况变化；风力发电

中图分类号 TM614 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）01-92-04

风能作为一种可再生的清洁能源，具有调整和优化能源结构、减轻环境污染、保护生态等方面的多重功效，是21世纪最具发展前景的绿色能源。风力发电有着改善能源结构、经济环保等方面的优势，是未来能源电力发展的一个趋势[1]，但风电受风速变化特性的影响，具有很大的随机性、间歇性、不可控性和反调峰特性[2]，由此给电网调度和电力供应管理构成了显著压力。许多学者对风电作了深入的研究，如马祥等对风电对电网的影响进行了研究[3]，薛桁等对中国风能资源贮量进行了估算[4]，毛慧琴等对广东省风能资源区划进行了研究[5]，李艳在中国陆域近地层风能资源的气候变异和下垫面人为改变的影响中指出，我国年平均风速序列保持整体上减弱的气候变化趋势[6]。

酒泉市位于河西走廊的西端，地处祁连山脉以北、马鬃山以南，呈狭长走廊，大部分地区为祁连山北麓冲击构成的山前倾斜平原，扇形地上部多砾石组成，形成砂碛、戈壁、荒漠和间歇性绿洲，地势平坦，地域辽阔。区域风能主要来自于大气环流西风带大气运动动能[7]，特殊地形的狭管效应使近地面风速加大[8]，其独特的地理环境形成了我国乃至世界特有的风能资源富聚集带，潜藏着丰富的风能资源，目前酒泉市充分利用这一气候资源优势，建设成为“千万千瓦级风电基地”。酒泉作为全国“千万千瓦级”风电基地之一，分析研究酒泉市风电基地风况变化对风力发电的影响以及对酒泉市风能产业的发展规划和电网的安全稳定运行具有重要的理论意义和实际价值。

1 酒泉市风速变化特征

1.1 酒泉市年平均风速的时间演变特征 酒泉市年平均风速为1.9～4.5m/s。通过分析1961-2014年酒泉市境内8个气象站的风速资料（图1），发现近53a来酒泉市平均风速整体呈减小趋势，并对其进行线性回归的显著性检验，利用倾向率来表示风速变化的趋势，各测站的风速变化倾向率见表1。

由表1可知，酒泉市境内8个测站风速变化的线性趋势除马鬃山未通过检验外，其余各站均通过显著性检验。整体而言，酒泉市境内风速呈减小趋势（这与李艳在分析中国陆域近地层风能资源的气候变化时得出的结论非常吻合，即中国近50a来，我国年平均风速序列保持整体上减弱的气候变化趋势），且金塔、玉门、瓜州和敦煌风速减小趋势极为显著，而马鬃山未通过检验，说明马鬃山平均风速相对稳定，波动较小。近53a来酒泉市风速整体呈下降趋势，但在不同的时期各站风速变化具有不同的特征。按风速在不同时期的变化趋势，可将酒泉市风速的变化过程规律分为第一类风速变化：增↑→减↓→增↑，第二类风速变化：减↓→增↑，第三类风速变化：增↑→减↓。

1.1.1 第一类风速变化 第一类风速变化（增↑→减↓→增↑），包括肃州区、金塔、鼎新、瓜州、敦煌、马鬃山。近53a来上述地区风速的变化过程和各时期的倾向率见表2：

以瓜州为例，1961-1971年风速呈增大趋势，倾向率为0.9m/s，风速增大趋势较为明显，其中1970和1971年达到最大值，为4.1m/s，随后风速经历了一个较长时间的减小过程，到1998年降至最小值为2.0m/s，之后风速逐渐增大到3.0m/s以上。对马鬃山而言，1961-1970年风速呈明显增大趋势，1971-1989年风速减小趋势非常显著，自1990-2014年风速进入相对平稳阶段，呈微弱的增加趋势，说明马鬃山近23a来风速变化比较平稳。

1.1.2 第二类风速变化 第二类风速变化（减↓→增↑），只有肃北，见表3。近41a来，肃北平均风速经历了减小到增大的过程，1973-1999年风速快速减小，自2000年开始风速进入一个明显增大趋势，尤其是2010年开始风速快速增大。

1.1.3 第三类风速变化 第三类风速变化（增↑→减↓），只有玉门。1961-1970年风速进入明显增大期，在1970年达到峰值为5.2m/s，随后进入一个缓慢的减小阶段，尤其是自1988年以来长期处于平均值（3.6m/s）以下，2006年开始有短暂的上升趋势，2011-2014年风速又有所下降，见表4。

综上所述，各站年平均风速的波峰期大多出现在20世纪60年代末至80年代初，最大值均出现在20世纪70年代初；20世纪80年代中期至21世纪初为平均风速的波谷期，最小值大多出现在20世纪90年代。进入21世纪以来，除玉门外，其它地区平均风速均呈现出缓慢增大趋势。

1.2 四季平均风速的时间变化趋势 酒泉市年平均风速季节变化十分显著，表现为“春冬大、夏秋小”的特点，春季为各季中风速最大。从表5可以明显的看出，近53a来除马鬃山外其余各站春季、夏季、秋季和冬季的平均风速表现为一致的减弱趋势，但各站较小趋势差异较大，如瓜州、金塔和玉门四季的减小速度明显大于其他各站，而马鬃山春季和夏季则表现出微弱的增大趋势，秋季和冬季是下降趋势。

2 大风（≥8级）日数变化趋势

从图2可以看出，酒泉市年大风日数演变趋势表现为显著的递减趋势，且峰、谷值特征明显，20世纪70年代为大风的高发时段，其后为一明显的低值时段。最多年份出现在1972和1973年为48d，最少年份为2005年，仅为13d。在近53a来，酒泉市年大风递减率达-4.64d/10a（通过0.001信度检验）。

从各站大风日数演变趋势来看，肃北和马鬃山大风日数变率较小，其余各站大风日数均呈现快速递减趋势，尤其是瓜州、玉门、金塔、鼎新和敦煌减小趋势极为显著。

以瓜州为例（见图3），近53a来年平均大风日数呈直线下降，比最新30a（1981-2010年）的平均日数减少了约40%，说明在酒泉市风电场布设较为集中的地区破坏性风速急剧减少，对风电场的安全稳定运行提供了有力保证。

3 酒泉市风能储量

河西走廊地区年内3m/s以下风的动能不到总风能的1%。≥3m/s风速风能的基本情况是，距地面10m高度层处风能密度在200W/m2左右，随着高度增加而风能增大，到70m高度层风能密度达350W/m2以上，10～70m层内风能平均值在270W/m2以上。以10～70m层内风能密度平均值计算风能约在2 200khW/m2以上，在长1 000km、宽10～100km的河西走廊地带年储量大致在1.72×1014khW计算，以0.785风能资源技术开发量计算，年开发量将在1.35×1014khW左右。由此可见，酒泉市风能储量相当可观。

4 结论

近53a来酒泉市除马鬃山平均风速相对稳定，波动较小，其余各站均表现为整体减小的趋势，且金塔、玉门、瓜州和敦煌风速减小趋势极为显著，但在不同的时期各站风速变化具有不同的变化特征。按风速在不同时期的变化趋势。各站年平均风速的波峰期大多出现在20世纪60年代末至80年代初，最大值均出现在20世纪70年代初；20世纪80年代中期至21世纪初为平均风速的波谷期，最小值大多出现在20世纪90年代。进入21世纪以来，除玉门外其余各站平均风速又呈现出缓慢增大趋势。因而酒泉市风电基地的风况变化对风力发电不会产生制约性影响。

酒泉市年平均风速表现为“春冬大、夏秋小”的特点，春季为各季中风速最大。除马鬃山外其余各站春季、夏季、秋季和冬季的平均风速表现为一致的减弱趋势。

酒泉市年大风日数演变趋势表现为显著的递减趋势，年大风递减率达-4.64d/10a，肃北和马鬃山大风日数变率较小，其余各站大风日数均呈现快速递减趋势，尤其是瓜州、玉门、金塔、鼎新和敦煌等地减小趋势极为显著。说明在酒泉市风电场布设的重点区域破坏性风速急剧减少，提高了风电场的安全运行保障。

距地面10m高度层处风能密度在200W/m2左右，随着高度的增加而风能增大，到70m高度层风能密度达350W/m2以上，10～70m层内平均风能值在270W/m2以上，酒泉市风能储量相当可观，为酒泉市风电的大力发展提供了最重要的前提和基础，因而酒泉市风电的发展前景巨大。

参考文献

[1]任丽亚，张建东.风力发电对电力系统运行的影响[J].中国科技信息，2007（2）：28-30.

[2]彭晖.风电场风电量短期预测技术研究[D].南京：东南大学，2009.

[3]马祥，米渊，马晓宁.风力发电并入大同电网对电网的影响分析[J].中国电力教育，2014（3）：240-241.

[4]薛桁，朱瑞兆，杨振斌，等.中国风能资源贮量估算[J].太阳能学报，2001，22（2）：167-170.

[5]毛慧琴，宋丽莉，黄浩辉，等.广东省风能资源区划研究[G]//中国气象学会2005年年会论文集，2005.

[6]李艳，王元，储惠芸，等.中国陆域近地层风能资源的气候变异和下垫面人为改变的影响[J].科学通报，2008，53（21）：2646-2653.

[7]王毅荣，张存杰.河西走廊风速变化及风能资源研究[J].高原气象，2006，25（6）：1196-1200.

[8]陈启新.风速的"狭管效应"增速初探[J].山西水利科技，2002，2：62-64. （责编：张宏民）