[發(fā)明專(zhuān)利]一種定量評(píng)價(jià)區(qū)域風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)潛力的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310235254.7
• 申請(qǐng)日: 2013-06-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104239662A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭青海;孫艷偉;王潤(rùn)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可再生能源評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域。具體的說(shuō)是建立一種可用來(lái)定量評(píng)價(jià)區(qū)域風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)潛力的流程方法。

背景技術(shù)

科學(xué)、準(zhǔn)確的評(píng)估區(qū)域可再生能源的開(kāi)發(fā)潛力及其空間分布狀況是可再生能源發(fā)展規(guī)劃的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作。但是由于可再生能源的時(shí)空變異性大、開(kāi)發(fā)資源量與當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥馈⑼恋乩玫纫蛩孛芮邢嚓P(guān)等特點(diǎn)，潛力評(píng)估工作往往是非常困難的。地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種用于獲取、存儲(chǔ)、編輯、處理、查詢(xún)、分析、顯示輸出空間相關(guān)信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用空間模型分析方法，能實(shí)時(shí)提供相關(guān)信息。在地理計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)分析、識(shí)別和量化環(huán)境約束所帶來(lái)的影響以及空間數(shù)據(jù)可視化等方面，GIS是一個(gè)強(qiáng)有力的工具。近年來(lái)，應(yīng)用GIS空間分析功能與其他應(yīng)用模型或算法相結(jié)合，進(jìn)行資源潛力及其空間分布評(píng)估的研究很多。為準(zhǔn)確把握區(qū)域風(fēng)能的開(kāi)發(fā)潛力，研究者在風(fēng)能潛力評(píng)估過(guò)程中整合環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等空間和時(shí)間信息數(shù)據(jù)已成為該領(lǐng)域研究的主要趨勢(shì)。在風(fēng)能潛力評(píng)估過(guò)程中，需要綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡乩怼⒓夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等限制因素，才能得出與實(shí)際情況相符的定量風(fēng)能開(kāi)發(fā)潛力。但根據(jù)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)調(diào)研的結(jié)果，到目前為止，仍然缺乏一套簡(jiǎn)單有效的評(píng)估區(qū)域陸地風(fēng)能資源的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)風(fēng)能潛力評(píng)價(jià)方面存在的問(wèn)題，本發(fā)明建立了一套可用來(lái)定量評(píng)價(jià)區(qū)域風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)潛力的流程方法。本發(fā)明采用GIS空間技術(shù)與定量模型相結(jié)合的方法，分別從理論潛力、技術(shù)潛力和經(jīng)濟(jì)潛力三個(gè)層面，選取生態(tài)環(huán)境、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)，系統(tǒng)評(píng)估區(qū)域風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)潛力和空間分布狀況。具體評(píng)價(jià)流程參見(jiàn)圖一，包括五個(gè)基本步驟：第一步，模擬距離地面10m高度處風(fēng)能資源的空間分布；第二步，風(fēng)速外推，就是將10m高度處年均風(fēng)速外推，從而獲得距離地面50m、80m和100m三個(gè)高度處的風(fēng)能資源空間分布；第三步，估算區(qū)域內(nèi)風(fēng)能資源理論開(kāi)發(fā)潛力，即剔除風(fēng)能資源的不適宜開(kāi)發(fā)區(qū)域；第四步，估算區(qū)域內(nèi)風(fēng)能資源技術(shù)開(kāi)發(fā)潛力，即在理論開(kāi)發(fā)潛力評(píng)估的基礎(chǔ)上，選擇目前技術(shù)條件下主流的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，依據(jù)其技術(shù)參數(shù)計(jì)算全年發(fā)電總量；第五步，估算區(qū)域內(nèi)風(fēng)能資源經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)潛力，即考慮當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組市場(chǎng)價(jià)格、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本等經(jīng)濟(jì)因素，測(cè)算風(fēng)能的平均發(fā)電成本；進(jìn)而繪制區(qū)域的成本供給曲線，依據(jù)當(dāng)前的風(fēng)電上網(wǎng)價(jià)格，最終準(zhǔn)確的獲得該區(qū)域風(fēng)能的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)潛力。至此，本發(fā)明的評(píng)價(jià)過(guò)程結(jié)束。以下是上述五個(gè)評(píng)價(jià)步驟的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程：

（1）模擬距離地面10m高度處風(fēng)能資源的空間分布

收集研究區(qū)域內(nèi)氣象站點(diǎn)的常規(guī)氣象數(shù)據(jù)（包括氣象站的經(jīng)緯度、海拔高度，以及日均風(fēng)速、溫度、氣壓等常規(guī)氣象數(shù)據(jù)）、DEM以及最新的土地利用/土地覆被等地理空間數(shù)據(jù)；運(yùn)用相關(guān)分析方法，篩選與年均風(fēng)速顯著相關(guān)的宏觀地理因子（包括氣象站點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、海拔、氣壓、溫度、空氣密度、距海岸最近距離、地形粗糙度和坡度等）；進(jìn)而采用趨勢(shì)面分析和普通克呂格插值相結(jié)合的混合插值方法，即把實(shí)際的風(fēng)速分布曲面分解為趨勢(shì)面和剩余面兩部分，前者采用多元回歸方法建立多元趨勢(shì)面回歸數(shù)學(xué)模型，反映地理要素的宏觀分布規(guī)律；而對(duì)于剩余值則采用普通克呂格插值方法來(lái)反映微觀局域特征；最終將兩個(gè)結(jié)果相加，得到年均風(fēng)速的空間分布曲面；

（2）風(fēng)速外推

常用的定量描述風(fēng)速廓線的方程有指數(shù)律和對(duì)數(shù)律兩種，可以將參考高度的風(fēng)速推算到另一個(gè)高度上的風(fēng)速。當(dāng)要推算高度超過(guò)60m時(shí)，推薦采用對(duì)數(shù)律公式，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

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式中，V_Z代表風(fēng)機(jī)輪轂高度處的平均風(fēng)速（距地面50m、80m和100m）；V_zr代表參考高度處平均風(fēng)速；Z代表風(fēng)機(jī)輪轂距地面高度；Z_r代表參考高度；Z₀代表地表面粗糙長(zhǎng)度，其取值參見(jiàn)表1；

表1.?基于ESA?2009年土地覆被數(shù)據(jù)的地表粗糙長(zhǎng)度（Z₀）

（3）估算區(qū)域內(nèi)風(fēng)能資源理論開(kāi)發(fā)潛力