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CWPE2018主旨发言:国家气候中心正研级高工张秀芝——《中国海上风电开发的风、浪气候条件》

2018-11-14 来源:东方风力发电网 浏览数:2174

2018年11月14日上午,由中国电器工业协会风力发电电器设备分会、中国电工技术学会风力发电技术专业委员会、东方风力发电网主办,江苏中车电机有限公司承办的第三届中国海上风电大会暨风电电气装备高峰论坛在北京四川五粮液龙爪树宾馆隆重开幕。国家气候中心正研级高工张秀芝在主旨发言环节发表了题为《中国海上风电开发的风、浪气候条件》的演讲。

   2018年11月14日上午,由中国电器工业协会风力发电电器设备分会、中国电工技术学会风力发电技术专业委员会、东方风力发电网主办,江苏中车电机有限公司承办的第三届中国海上风电大会暨风电电气装备高峰论坛在北京四川五粮液龙爪树宾馆隆重开幕。


 
  国家气候中心正研级高工张秀芝在主旨发言环节发表了题为《中国海上风电开发的风、浪气候条件》的演讲:
 
  很高兴又有这样一个机会跟大家聊一聊关于海上风电的风资源和风和浪的一些气候条件,海上风电其实是一个链条的问题,首先就是要选一个好的地方,风资源好这是第一。第二你要选这个地方风险小,你要是说风资源好,风险大,那你的投资也会成问题。另外一个就是海床条件基础好,你就会稳定一些。
 
  第二的就是做好风和浪的观测,我现在说海上的风电,陆上只要测风就OK,海上涉及到水下的问题,风、浪、潮流有什么附着物,有很多问题是陆上没有问题的,如果这些问题考虑不好的话后患无穷。做好了观测就是可研,现在发现,有的可研做得很到位,有的就相对粗一些。最后一个问题你把机组选对了就OK了,就可以做下去。
 
  另外一个就是施工的问题,施工的问题我是在做可研的时候,往往碰到说我们的施工表捱着往下排,实际上有些事在一个时段内是不可做的,因为风和浪不对的话规划也白规划,如果计划排的不合理,到时候船出不了海,这个钱就花了海了去了,所以这个差别就在这里。
 
  最后一个就是说你做的时候,真正到了施工期的时候和运维期的时候,听天气预报,听气候预报,气候预报可以预报一个季度的今年的风况,它只是一个大致的趋势,说今年的风比往年要偏大,天气预报是临近的1-3天是最好的,1-7天是比较稳,7天以后就是这个出入就比较大,但是对你安排工期来讲还是要联合起来的。
 
  首先我在讲的时候必讲这两张图,就是大家要搞清楚我们海上的风到底是怎么来的,冬季它是一个在北风,在环渤海可能是偏西北风,到东海的时候差不多偏西风,转过来的时候到南海基本上是偏东北风,偏东风。夏季风的时候风是从南半球过来的,它都是偏南风,当然各个海区偏的不一样,相对来讲夏季的风要小一点。有一种观点说因为有台风所以夏天怎么样,实际上台风来了最长可以发个五六天的台风来之前或者台风过后风大的时候可以利用这个7天很好的法定,但是一个月不可能天天来台风,所以夏季的风其实还是靠稳定的夏季风,副高边缘的南半球那样过来的风,这个大家都明白。
 
  我们现在作为我们气象系统来讲,我能拿到的数据,我所掌握的还有风电界能使用的数据,包括测风塔大家都不用说了,搞风电的人最熟悉测风塔。海上实用平台我们是南海和北部湾他们也很多数据,实际上如果做风电开发的话,离他们如果相对近的话,可以想办法联系他们获取他们的数据,他们一个平台上去,从前期的观测到平台的运行都有数据,可以做一个相对长时间的比较好的参考。这个就是浮标,浮标是海洋局放的最多,如果你了解一下海洋局,海洋局在你这个附近有浮标的话,可以去用他的资料,这对海洋局来说是很好的数据。气象局从北到南一共放了38个浮标,但是由于浮标的管理很容易出问题,出问题要拉回去,修完了再拉回来,所以他的浮标资料就不像我们气象局来说就是一下去就是连续不停的。这边就是他们现在常见的海上打一个小平台放一个雷达在上面,现在又出来一个浮标上面放的激光雷达,这里面就是如果你选择这样的观测方式,两个事要特别注意,第一个因为浮标就是一个浪的,要摇摆的,你要盯它的这种相当于减少摇摆它采取了什么样的措施,这个很重要,如果他措施不到位的话,那个资料是不稳定的,这是第一个。第二个就是说如果是激光的话,我们现在多半都是激光的,下雨大的时候数据会不太准,所以两个问题你要盯着。第三个这个波浪滑翔器,在上面可以放测风设备,下面放浪的设备,这个就是可以遥控的,相当于风电场要做短期观测的话,你搞一个,完了以后遥控这么走段面,这都是短期的。最长期的我们依靠的是船舶,这个是所有的相传全球的世界气象组WMO要求所有在海上航行的大型的商船要观测,因为你要保证你的安全,不告诉那个地方的天气怎么样,他很难掌握你的状况。所以这个是从1887年就开始有数据积累下来,但前面来说很少,没多少船,从1960年以后,海上的船舶资料就多起来了,这是一个非常重要的来源,我的第一张图就是靠这张图做出来的,还上的风的分布。
 
  另外一个是卫星,卫星我们国家是从1912年正式上天的能用的海洋局放的海洋2,气象局放的风云2,气象局只有风没有浪,海洋局是有浪,全球的其他国家美国、欧盟他们放了很多卫星上去,它的原理是卫星在天上往下打激光束,打下来之后海面是一个不平的,它靠打下来的信号反射上去,靠修的海面不平的这种信号来反演出风和浪,大概最早成型的数据是1999年开始,后面我的数据就是从1999年开始做了一些东西,我在这里说清楚了,后面就是一闪而过给大家看看资料和图就可以了。
 
  这就是我刚才说的船,航线上的红的特别密的是那么多的船肯定是可信的,那么多年那么积累下来的。但是它都不是海平面,都是大概随着商船的发展越来越高,越来越大,原来的11年、21年,现在都有30几米上到观测高度了,所以这个现在要有很多处理方式去处理它。
 
  这个就是我刚才讲的卫星,卫星它是这样一圈一圈的转,这是轨道,一条一条的轨道,这个就是一条轨道下来的风的资料,我们处理就是把每一天每一条轨道处理出来,完了以后合到一起来做事情。这是我们做的一个1999年-2017年,这只有三颗星,其它的星还没有加进来。这三颗星如果是懂点气象的或者用过这个数据的,这是美国的,后面的是美国和欧盟两家合起来做的,一共是三颗星,但实践不统一。中间只有一年的重叠时间,我们利用这一年的重叠时间和所有的中国的国外的浮标,把它标定到一起合成了三颗星是有差别的,因为搭载的仪器有差别,所以把它标在一起。
 
  所以这张图大家就看到了,关注杭州湾那块主要是岛屿地,那块我还没有处理干净,不可能有这么大。现在大家脑袋都有印象了,肯定是福建最好了,福建两头连上去,最不好的是北部湾,所以我把这张图说下来就是我们无论是主机厂,无论是开发商,你都需要知道哪块的风好,还有设计院,设计院要做好规划,规划靠什么来?风资源是你规划的第一步,你看什么地方的风好,选好了之后那么你再去把不可建设的那些因素都踢掉,剩下的才是你可开发的区域。


 
  这是一个资源,你掌握了资源大概的情况就有了,在一段距离里面到底是5.5还是5.7,自己做观测的事,具体是看小数点的事。另外一个问题也很重要,一个是资源好,另外一个风险少,这个风险少其实我们海上引起大风的天气系统,台风是首要的,那两个充其量给你搞个八级风、九级风、十级风了不起,在后面的十级风以上的就是台风,所以我们的关注点,我的关注点全在台风上,前面10月中旬的我专门讲到台风,这里我就一带而过。这四个风场毁灭性的,而且都是强台风和超强台风,大家听到的时候就要小心对待,凡是毁灭性的都是它。不是毁灭性的那些都是强台风,你个别的一两台倒其实大家千万不要觉得倒风机就怎么样,不代表你倒了风机那个风机就不好,我今天讲不了那么多,地形你选的不好,那台风机的位置不对你就必倒无疑。大家别觉得谁倒了台风就怎么着了,不怕你倒了这台风机。
 
  这个很简单的给大家看一下,一个级重点,你的风场如果选在这里你要小心了,这是台风以上的我只是告诉你哪个地方最多,越红台风越多,从这儿走的地方越多。我关键是关注这张图和这张图,这是超强台风,我说了毁灭性的都是出在这里,桑美,这个就是送走了的那个台风,这个就是2003年和2013年的黄海湾,那边上来的路就是别的了,就是威马逊,所以我们每一个超强台风来了,你千万千万小心。我在这里说的话是什么呢?你如果选的风场在这几个地方,千万别不在乎说我能扛过去,有时候真的抗不过去,风强超过50秒米真是扛不住的。但是有一点我要告诉大家,最简单的例子,叶片掉到海里去了。我们国家现在很多研究院和大学都有水槽,你可以去做一个,多少的你就扛不了,我了解很多大学都能做这个浪的实验。
 
  这是一张表,最上面的也就是我说德惠灭性的那几个,所以也是提醒大家下面几句话,大家关注了,也就是从2006年每一个台风我都到了现场,从2006年开始超强台风75%对风场都造成了危害,强台风43%,台风也会40%会给你造成虽然不是毁灭性的,但是里面会倒个别的,这都是可以的。
 
  下面提醒一下海上的风险到底有多大,我前面做的是陆上的,现在怎么做?因为这个是海上的是一个圆对称的,这个是靠近陆地是个非对称的,所以我们关注是靠近陆地的非对称的,就用了一个台风模型去算,这个我们可以用数字模型去算,算出来这就是这张图我算出来50年一遇的风的分布,大家看这张图,关注这张图,这张图就是这个地方画的不是太好,画图的学生没画好,这个应该往里补一补,我现在这张图就得重新做,重新算,也就是说福建的风最好,相对而言它的风险不是说没有,没那么大。你看中间就行了,是个黄颜色的,所以福建是很庆幸的一件事情。但是有一个问题就是我前面说了,那个台风因为是这样上去的,朝着厦门过去。今年的玛丽亚是不登录台湾,直接拐个弯往下拐,这个也是很糟糕的,也是会造成一定的麻烦。
 
  后面就是讲一下浪,这个就快一点过一下。浪的问题其实这张图因为我们还正在研究,这张图是卫星资料做的,卫星资料到了一定的程度就卡了一定的上限,这就是所谓的平均波高,有限波高,这张图差不多,不会有什么大的改变,跟我们做了50年的气候图纸是一样的。其实作为近海来讲,福建这个地方的浪还是蛮高的,因为风大浪大。大家关注了这张图50年一遇并不大,跟前面我讲了风是一样的,因为它没有台风过去,没有什么的话,所以它的浪50年一遇不像它的分布是不一样的,那个是靠常年的浪是大的,你平均下来它就大了。
 
  这个就是看几个季节,我给出这套图就是供大家安排工期的时候自然知道,其实现在做海上的大家都知道了什么季节该干什么事,这个就是给你明确看到一下春夏秋冬是一个什么样的状态,你如果在海上是改不了工期的,不像陆地一样的,冬天生火烤着也能挖出来那块地,在海上无论如何也干不了这个事。工期的安排决定你施工是不是顺利,这是真的设计院和业主要动脑子的。
 
  这是一个非常好的条件,颜色越浅它的频率越小,颜色越深它出现的频率越高,所以这就是看你什么时候在什么地方,这种特别好的,1.38米多大的打桩的锤打下去,超过多少米桩就会偏,一偏就不好了,所以这就看你的时间,本来是四季都有。
 
  我们现在正在准备做的一件事就是准备做到汛(音),做到汛以后大家参考价值就更大了,所以所有风和狼都准备做到汛就更有用。这个就属于大了。浪很大的这种时候肯定什么也干不了,这种区域颜色很深的话那你就很难做事情的。
 
  基本上我想说的事差不多说完了,这一个是提醒只有两张片子,就是说现在很严重的一个问题,按道理来讲现在大家都在讲,特别是今年那个会上好几个报告都在讲一体化设计,你是机组到最后50年一遇的时候,最大的载荷计算是联系计算,你没有观测怎么联合,知道这个海区怎么去联合?所以就是我前面一开场的时候说的那句话,观测时风和浪要同时向,这个时候风和浪都有数据才可以联合,没数据拍脑袋拍不好的。
 
  我给大家看的这三张图是今年的玛丽亚,很荣幸我拿到了三个浮标站的有风有浪,那个标志我就不写了。最明显的这边这张图就看到XX的是风向,最上面的那个是风速,大家关注的一个问题就是我们做载荷最后一体化计算的时候是五十年一遇的风,五十年一遇的浪,还有五十年一遇的潮位叠加到一起的,如果没有大风的时候你看那个浪和风差不多,风不大的时候只有五六秒米,你看看到十秒米以上,特别是到了二三十秒米以上,那个风和浪就不是一个关系了。这里我想说一个事,就是说这一张图是最南边的,在海峡的南口有一个浮标,这个浮标是离台风中心很远,你看它的浪就比较平稳。你看那个浪,这不是一个概念的,最大的一个浪到16米,这个才有多少?这个才2.5米,所以这种关系和你平常寒潮来了不是一回事。所以我再提醒一句,重视风和浪的同步观测,而且我提醒设计院你做可研的时候,如果你这里没碰到一个台风,千方百计想办法去搜集别的资料来,对海上来讲风和浪的有效关系不仅仅是这一个海区,当然如果你靠海边很近,那里有特殊的海湾,特殊的那种不影响那是不一样的,如果是稍微远一点的话,这种关系还是应该尽量的多多搜集。
 
  后面这个不讲了,这个问题就关于风电场的台风专项,因为在风能杂志上有一个相当于知识讲座的东西,我写过那个东西,基本上大致内容在里面。而且随着我对台风的认识,主要是我对工程的认识,有些设计院,有些气象局做台风专项的时候我会不断地提建议,所以这个台风专项做得越来越全,越来越好,我相信我们随着认识的加深还会越来越改进,这一块就不讲了,如果想讲的话我是想到广州去讲去,那里更是有台风的事,台风更得做到位,不做到位事就更大了,投资不得了,做小了就不安全。谢谢大家!
 
  (发言整理自现场速记,未经本人审核)

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