風(fēng)能資源是氣候資源的一種。自古埃及人用風(fēng)能驅(qū)動(dòng)尼羅河上的帆船至今，風(fēng)能資源一直是人們孜孜以求的新能源使用方式之一。

作為新能源，太陽能資源與風(fēng)能資源一樣，是我國(guó)大力發(fā)展的資源之一。隨著這些資源的不斷開發(fā)利用，氣象因素越來越突出，對(duì)此，開展評(píng)估工作則顯得更為重要。本文圍繞2015年太陽能與風(fēng)能資源評(píng)估情況，分析結(jié)果、展望發(fā)展，以饗讀者。

一、太陽能篇

多云日數(shù)增多致太陽能年輻照量跌至10年來最低

中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源中心正研級(jí)高級(jí)工程師申彥波告訴記者，2015年全國(guó)陸地表面平均的水平面總輻射年輻照量為1476.1千瓦時(shí)/平方米，比2004年至2013年的平均值偏少24.8千瓦時(shí)/平方米，成為2004年以來的歷史最低值。

太陽能資源呈現(xiàn)出地區(qū)性差異較大，總體呈現(xiàn)高原、少雨干燥地區(qū)大，平原、多雨高濕地區(qū)少的特點(diǎn)。青海大部、西藏中西部、甘肅西部、內(nèi)蒙古西部，新疆東部水平面總輻射年輻照量超過1750千瓦時(shí)/平方米，成為太陽能資源最為豐富的區(qū)域；而四川東部、重慶、貴州中東部、廣西北部、湖南地區(qū)水平面總輻射年輻照量不足1050千瓦時(shí)/平方米，屬于太陽能資源一般區(qū)。

從全國(guó)及各省水平面總輻射年輻照量距平分布看，除海南省偏高5%以上、云南東部偏高3%以上外，全國(guó)大部分地區(qū)與常年持平或明顯偏低，其中新疆北部、黑龍江大部偏低3%以上，貴州東部、湖南、江西、福建等地偏低5%以上，浙江偏低最多超過10%。

在多云日數(shù)的變化圖上，記者看到，去年全國(guó)大部地區(qū)云量增多，月平均多云日數(shù)12天，比常年平均值偏高約7.2%。氣候?qū)＜曳治稣J(rèn)為，影響太陽能資源的因素較多，除云和氣溶膠兩大主要原因外，水汽、大氣成分和太陽活動(dòng)等均可能產(chǎn)生影響。

太陽能資源開發(fā)與利用分布呈現(xiàn)出地區(qū)差異大特點(diǎn)

客觀、準(zhǔn)確的太陽能資源評(píng)價(jià)是進(jìn)行光伏發(fā)電建設(shè)的重要保障，它直接關(guān)系到項(xiàng)目立項(xiàng)、設(shè)備選型以及項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析。據(jù)申彥波介紹，建立基于衛(wèi)星與地面實(shí)測(cè)結(jié)合的太陽能資源計(jì)算方法，以及光伏電站最佳傾角、斜面輻射、發(fā)電量氣候折減等關(guān)鍵指標(biāo)分析技術(shù)，能夠廣泛用于光伏發(fā)電工程服務(wù)。

固定式光伏發(fā)電可利用的太陽能資源是光伏組件按照最佳傾角放置時(shí)能夠接收的太陽總輻射（簡(jiǎn)稱最佳斜面總輻射）。2015年，全國(guó)平均的最佳斜面總輻射年輻照量為1710.2千瓦時(shí)/平方米，較2004年至2013年平均值偏少63.2千瓦時(shí)/平方米，相對(duì)偏低3.69%；全國(guó)平均的固定式光伏電站的首年利用小時(shí)數(shù)為1368.2小時(shí)，較平均值偏少50.5小時(shí)。

在全國(guó)最佳斜面總輻射及光伏發(fā)電首年利用小時(shí)數(shù)空間分布圖上，記者看到，2015年，我國(guó)東北、華北、西北、西南大部及海南最佳斜面總輻射年總量明顯多于我國(guó)東南部地區(qū)。

實(shí)際上，太陽能資源開發(fā)利用前景巨大、需求迫切。申彥波告訴記者，太陽能資源開發(fā)利用與氣象條件密切相關(guān)，對(duì)服務(wù)技術(shù)能力的要求也更加嚴(yán)格。在太陽能發(fā)電總體開發(fā)規(guī)劃編制和電場(chǎng)建設(shè)選址前，太陽能資源調(diào)查評(píng)估是一項(xiàng)必不可少的工作，從而可以獲取電場(chǎng)擬選址地、計(jì)劃開發(fā)規(guī)模、開發(fā)優(yōu)先順序等資源開發(fā)利用建議；開展發(fā)電功率預(yù)測(cè)是解決電場(chǎng)運(yùn)行中功率波動(dòng)性問題的主要技術(shù)手段，功率預(yù)測(cè)需要發(fā)展建立高時(shí)空分辨率且穩(wěn)定運(yùn)行的精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)技術(shù)體系；臺(tái)風(fēng)、雷電、高溫、大風(fēng)沙塵等氣象災(zāi)害和高影響天氣會(huì)直接影響電場(chǎng)的安全運(yùn)行，也直接決定電站建設(shè)的前期抗氣象風(fēng)險(xiǎn)能力設(shè)計(jì)、設(shè)備選型。這些都需要對(duì)相關(guān)氣象災(zāi)害和高影響天氣開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)報(bào)預(yù)警。

據(jù)記者了解，目前，氣象部門評(píng)估技術(shù)方法和分析報(bào)告已得到神華、華電、三峽、中廣核等集團(tuán)風(fēng)能太陽能發(fā)電公司高度認(rèn)可，并被部分企業(yè)采納為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，取得了很好的服務(wù)效益。

二、風(fēng)能篇

風(fēng)速正常稍偏小風(fēng)能資源接近常年均值

“利用全國(guó)氣象臺(tái)站2004年至2015年地面觀測(cè)資料，我們統(tǒng)計(jì)分析了2015年我國(guó)陸地10米高度的風(fēng)速特征，全國(guó)地面10米高度年平均風(fēng)速較近十年（2004年至2013年）均值偏小0.52%，屬正常稍偏小年景。”中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源中心高級(jí)工程師周榮衛(wèi)說，“風(fēng)能資源呈現(xiàn)出分布不均，地區(qū)差異性大的特征，上海、江蘇、山東、天津、浙江、北京等6?。ㄊ校┠昶骄L(fēng)速偏小5%以上，西藏、重慶明顯偏大。”

據(jù)全國(guó)風(fēng)能資源高分辨率數(shù)值模擬數(shù)據(jù)（2014）顯示，全國(guó)陸面70米高度年平均風(fēng)速均值為5.6米/秒。周榮衛(wèi)說：“2015年，我國(guó)平均風(fēng)速大于5.0米/秒的分布區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大，東部沿海大部分地區(qū)、山東大部、華東、華南、華中及西南等部分山區(qū)的平均風(fēng)速也可達(dá)到5.0米/秒。”

2015年，全國(guó)年平均風(fēng)功率密度大值區(qū)主要分布在我國(guó)的三北地區(qū)、東部沿海地區(qū)以及青藏高原、云貴高原和華南山脊地區(qū)。年平均風(fēng)功率密度超過300瓦/平方米的區(qū)域主要分布在三北地區(qū)、青藏高原和云南的山脊地區(qū)。這是記者從2015年全國(guó)陸地70米高度風(fēng)功率密度圖譜上獲悉的。

據(jù)周榮衛(wèi)介紹，2015年與2014年相比，除了西藏、云南、上海、新疆、江蘇5?。▍^(qū)、市）年平均風(fēng)速和年平均風(fēng)功率密度有不同程度減小外，其他?。▍^(qū)、市）有不同程度的增加，且多數(shù)?。▍^(qū)、市）年平均風(fēng)速距平百分率增加超過1%，年平均風(fēng)功率密度距平百分率增加超過3%。

從各?。▍^(qū)、市）發(fā)電量變化來看，多數(shù)地區(qū)與常年持平，上海、山東、黑龍江偏小1%以上，其中，上海偏小達(dá)到3.7%；而西藏、遼寧偏大1%以上。

冷空氣偏弱、臺(tái)風(fēng)偏少是主因

風(fēng)速是影響風(fēng)能開發(fā)利用的重要因子，一個(gè)地區(qū)風(fēng)資源的豐富程度直接跟當(dāng)?shù)爻Ｄ甑娘L(fēng)速大小息息相關(guān)。

“冷空氣頻次偏少、強(qiáng)度偏弱是主要原因。”周榮衛(wèi)說。

根據(jù)國(guó)家氣候中心統(tǒng)計(jì)，2015年影響我國(guó)的冷空氣共16次，比常年平均（2004年至2013年）偏少4.6次；其中寒潮和強(qiáng)冷空氣比常年平均偏少2.0次，淮河以北地區(qū)寒潮和強(qiáng)冷空氣偏少1.7次；淮河以南地區(qū)寒潮和強(qiáng)冷空氣偏少0.3次。

風(fēng)速對(duì)風(fēng)能開發(fā)利用的影響顯而易見，而臺(tái)風(fēng)則像是一把雙刃劍，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響利弊兼有，強(qiáng)度較弱的熱帶氣旋以及其外圍環(huán)流影響的區(qū)域，可以給風(fēng)電場(chǎng)帶來較長(zhǎng)的“滿發(fā)”時(shí)段（風(fēng)力機(jī)以額定風(fēng)速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)段），而對(duì)華南沿海一帶的風(fēng)電場(chǎng)來說，強(qiáng)度較強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)可能給風(fēng)電場(chǎng)帶來極大破壞。2014年，“威馬遜”正面襲擊勇士風(fēng)電場(chǎng)，給風(fēng)電場(chǎng)帶來毀滅性的影響。整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)幾乎被吹倒，現(xiàn)場(chǎng)13臺(tái)風(fēng)機(jī)倒掉，另有5臺(tái)風(fēng)機(jī)完全損壞(葉片破裂、發(fā)電機(jī)掉落、機(jī)艙被揭開)，無法運(yùn)行。

2015年，在我國(guó)登陸的熱帶氣旋共6個(gè)，分別是強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”“蘇迪羅”“杜鵑”和“彩虹”、臺(tái)風(fēng)“蓮花”和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“鯨魚”。“與常年平均（7.2個(gè)）相比，2015年臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)明顯偏少，強(qiáng)度偏強(qiáng)。”周榮衛(wèi)說。

此外，空氣密度和溫度也是影響風(fēng)能開發(fā)的重要因子。以空氣密度為例，如果一個(gè)地區(qū)風(fēng)速很大，但是空氣比較稀薄，那么風(fēng)所蘊(yùn)含的能量就會(huì)降低，也就是說風(fēng)大但是風(fēng)無力。溫度對(duì)于風(fēng)能發(fā)電組件來說至關(guān)重要。在低溫地區(qū)，就需要特定的風(fēng)能發(fā)電組件來工作，確保發(fā)電組件有很好的低溫?cái)U(kuò)展性和適應(yīng)性，從而保證低溫地區(qū)風(fēng)力利用達(dá)到預(yù)期效果。

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展需加強(qiáng)科學(xué)研究

隨著我國(guó)風(fēng)能資源利用的快速發(fā)展，氣象服務(wù)的重要性逐漸顯現(xiàn)出來。氣象災(zāi)害直接影響風(fēng)電設(shè)備安全，氣象服務(wù)評(píng)估對(duì)風(fēng)電場(chǎng)選址、風(fēng)電機(jī)組選型、風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng)都具有重要指導(dǎo)意義。因此，有必要研究氣候變化背景下風(fēng)速和極端風(fēng)速的變化，進(jìn)而探討氣候變化對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的影響及對(duì)設(shè)備的危害。

“例如，在現(xiàn)行的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估中，僅考慮30年氣候平均狀況和年際變率，未考慮年代際尺度的區(qū)域氣候變化對(duì)風(fēng)能資源和發(fā)電量的影響。”周榮衛(wèi)坦言，“這需要完善風(fēng)能資源評(píng)估規(guī)范和技術(shù)方法，在風(fēng)機(jī)排布、風(fēng)機(jī)選型和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中充分考慮氣候變化影響。”

此外，還要豐富、發(fā)展大氣邊界層科學(xué)理論和氣候變化科學(xué)，提升對(duì)區(qū)域氣候變化和大面積安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的綜合/共同影響及其物理機(jī)制的科學(xué)認(rèn)知，為風(fēng)能資源的高效利用提供更有力的支持。

三、氣象把脈“風(fēng)光”財(cái)富

2015年10月，彭博新能源財(cái)經(jīng)公布的一份分析報(bào)告顯示，可再生能源與化石燃料發(fā)電成本的較量正在發(fā)生顯著變化。以風(fēng)電和光伏發(fā)電為代表的可再生能源，在價(jià)格上正在變得更加親民。在一些歐洲國(guó)家，陸上風(fēng)電甚至已經(jīng)完全具備了與天然氣、煤炭發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)的能力。

隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，在依賴大量消耗化石能源資源創(chuàng)造巨大物質(zhì)財(cái)富的同時(shí)，資源和環(huán)境問題也變得越來越突出，能源短缺問題日益突出。

風(fēng)電開發(fā)的“助推器”

風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能資源開發(fā)與利用的主要方式之一。自上世紀(jì)70年代開始，大規(guī)模并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方興未艾。

“國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)許多的從業(yè)者比較重視風(fēng)電項(xiàng)目可行性研究、機(jī)組選型、機(jī)組微觀選址中的風(fēng)能資源技術(shù)，也有人將這些工作統(tǒng)稱為風(fēng)能資源評(píng)估工作。”中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源中心副主任楊振斌說。

自上世紀(jì)80年代初以來，氣象部門先后組織了多次全國(guó)范圍的風(fēng)能資源普查工作，為我國(guó)風(fēng)能資源開發(fā)利用提供了重要的科學(xué)支撐。在全國(guó)風(fēng)能資源詳查和評(píng)價(jià)的成果上，風(fēng)能太陽能資源中心努力發(fā)展資源評(píng)估技術(shù)，研發(fā)了風(fēng)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)、百米分辨率風(fēng)場(chǎng)降尺度模擬技術(shù)，建立了滿足工程應(yīng)用的百米尺度風(fēng)能數(shù)值模擬評(píng)估系統(tǒng)。

“根據(jù)國(guó)家風(fēng)電開發(fā)向低風(fēng)速區(qū)、分散式發(fā)展的戰(zhàn)略調(diào)整，我們得到新一輪風(fēng)能資源評(píng)估成果。”楊振斌說，“該成果已提交國(guó)家可再生能源‘十三五’發(fā)展規(guī)劃應(yīng)用，并無償為省級(jí)氣象部門相關(guān)工作提供支持。”

“目前，風(fēng)能預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)服務(wù)產(chǎn)品基本形成，風(fēng)能數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全國(guó)陸地區(qū)域的全覆蓋；我們開展多方法對(duì)比試驗(yàn)研究，建立了針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能預(yù)報(bào)訂正業(yè)務(wù)，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，提高了風(fēng)能數(shù)值預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。”楊振斌說，“我們還研發(fā)了風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)軟件，并已在云南、甘肅、寧夏等地風(fēng)電場(chǎng)成功進(jìn)行部署或升級(jí)。部分用戶組織的比對(duì)試驗(yàn)表明，與國(guó)內(nèi)主要風(fēng)電功率預(yù)測(cè)服務(wù)機(jī)構(gòu)相比，無論是風(fēng)能數(shù)值預(yù)報(bào)、還是風(fēng)電功率預(yù)報(bào)，中國(guó)氣象局系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確率、合格率和上報(bào)率都具有一定的優(yōu)勢(shì)。”

摸清光伏發(fā)電的脈搏

我國(guó)以及各省太陽能資源總儲(chǔ)量、精細(xì)化的時(shí)空分布、各地光伏發(fā)電潛能估算以及光伏發(fā)電預(yù)期收益等是國(guó)家和地方政府宏觀決策的重要需求，這些科學(xué)問題都需要?dú)庀蟛块T加大科學(xué)分析和研究，提供可靠翔實(shí)的應(yīng)用依據(jù)。

光伏發(fā)電的重要?dú)庀笠?mdash;—輻射，而輻射隨地理、年季、天氣狀況而變化，這就決定了光伏發(fā)電的波動(dòng)性和不確定性，因此功率預(yù)報(bào)應(yīng)運(yùn)而生。發(fā)揮精細(xì)化數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開展輻射及光伏發(fā)電功率預(yù)報(bào)，既有利于電力系統(tǒng)科學(xué)調(diào)度、制定常規(guī)能源發(fā)電和光伏發(fā)電規(guī)劃、減少備用旋轉(zhuǎn)容量，又有利于電站合理安排檢修計(jì)劃。

此外，利用輻射變化的周期性，如輻射的日變化曲線，在夏季負(fù)荷高峰期，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以為電網(wǎng)發(fā)揮削峰填谷的作用。變不確定為確定，精確的氣象預(yù)報(bào)大有可為。

“風(fēng)能太陽能資源中心推動(dòng)全國(guó)太陽能資源詳查與評(píng)價(jià)的立項(xiàng)工作，推進(jìn)基于地面觀測(cè)與衛(wèi)星遙感的數(shù)值模擬計(jì)算和綜合評(píng)價(jià)的國(guó)家太陽能資源評(píng)價(jià)體系，培養(yǎng)太陽能評(píng)估專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍，完成了全國(guó)陸地太陽能資源開發(fā)潛力的宏觀評(píng)估和重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域的精細(xì)化評(píng)估，為國(guó)家、區(qū)域太陽能開發(fā)利用規(guī)劃和宏觀政策提供科學(xué)依據(jù)。”中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源中心正研級(jí)高級(jí)工程師申彥波說。

針對(duì)光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)的需求，風(fēng)能太陽能資源中心研發(fā)了“直散分離”和“最佳斜面”的太陽輻射預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。現(xiàn)已推出了風(fēng)電場(chǎng)/光伏電站區(qū)域未來7天逐時(shí)趨勢(shì)變化產(chǎn)品；研發(fā)建立的國(guó)家風(fēng)能太陽能數(shù)值預(yù)報(bào)服務(wù)平臺(tái)，向行業(yè)發(fā)放基于數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（T639）等數(shù)值預(yù)報(bào)定制產(chǎn)品，履行面向行業(yè)的公益服務(wù)職能。

此外，風(fēng)能太陽能資源中心采用全國(guó)98個(gè)輻射站、2400多個(gè)氣象站和氣象衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)全國(guó)832個(gè)貧困縣光伏發(fā)電太陽能資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，西北、華北以及中東部地區(qū)大部分貧困縣的太陽能資源均可開展光伏扶貧。

申彥波說：“青藏高原、西北、華北地區(qū)的貧困縣具有較好的太陽能資源開發(fā)條件，適宜開展集中式規(guī)?；夥l(fā)電；中東部地區(qū)的貧困縣具有一定的太陽能資源開發(fā)條件，可考慮開展分布式光伏發(fā)電。”這份《全國(guó)貧困縣光伏發(fā)電太陽能資源評(píng)估》報(bào)送給國(guó)務(wù)院扶貧開發(fā)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，得到了充分的肯定。目前，該成果已下發(fā)各省(區(qū)、市)，成為地方政府制定光伏扶貧規(guī)劃、試點(diǎn)的科學(xué)依據(jù)。

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