廣東海陵島風能資源高分辨率數值模擬研究

　　根據測風塔的觀測資料發現，整個海陵島秋季以北北東和東北風為主；冬季以東北風為主；春季以東南東和東南風為主；夏季以南風和南南西風向為主。根據7 個測風塔的觀測資料，統計了各月的月平均風速（表2）。從表中可以看到，整個海陵島的月平均風速以冬季最大；1 ～ 5 號塔夏季的平均風速次之，6 ～ 7 號塔則是秋季的風速小于冬季；最小的月平均風速值1 ～ 3 號塔出現在秋季，4 ～ 7 號春季最小。

表2 測風塔各月平均風速（m/s）

　　4模擬結果與分析
　　4.1 海陵島風能資源數值模擬結果
　　采用WRF/CALMET 模式系統對廣東海陵島2003 年10月和2004 年1、4、7 月的風能資源數值模擬結果表明（圖3-4），在數值模擬實驗的一年中，海陵島2004 年1 月風能資源最豐富，全島范圍內距地面60m 高度上，月平均風速6.9m/s~8.7m/s，月平均風功率密度235w/m2~526w/m2 ；2004年4 月海陵島風能資源最小，全島范圍內距地面60m 高度上，月平均風速4.3m/s~5.1m/s，月平均風功率密度86w/m2~126w/m2。從風能資源的總體分布來看，在如圖3-4 的整個數值模擬區域內，風能資源從東南到西北逐漸減小，也就是說海陵島面向中國南海一側的風能資源比面向大陸一側的風能資源好。2004 年1 月整個數值模擬范圍內的風能資源變化率最大，月平均風速5.6 m/s ～ 9.0m/s，月平均風功率密度141 w/m2~574w/m2 ；2004 年4 月的風能資源變化率最小，月平均風速4.1 m/s ～ 5.1m/s，月平均風功率密度70 w/m2~130w/m2。
　　1 月是北半球的冬季代表月，亞洲大陸為反氣旋控制，勢力強，海陵島地處冷高壓南側，受東北氣流影響，盛行東北季風，風速最大；4 月，華南處于冬季風向夏季風的過渡季節，盛行風向零散，此時在華南北部以冬季風為主，而在華南中南部包括海陵在內則以東南風為主，天氣系統勢力不強，風速也比較小，7 月與1 月形勢相反，以偏南風為主；10 月由夏季風向冬季風轉變，影響海陵島的主要天氣系統對海陵島的作用也不強。
　　具有開發潛力的風能資源主要分布在海陵島西南部、中部和東部的山頂上。
　　4.2 模擬誤差分析
　　通過雙線性內插，將月平均風速的模擬值插值到測風塔位置上，得到各測風塔位置和測風塔最高觀測層上模擬值與觀測值的相對誤差（表3）。可以看出，3 號塔處的月平均風速模擬值的相對誤差最小，相對誤差變化范圍2.91% ～ 9.84%；其次是4 號和5 號塔，除2004 年1 月以外，相對誤差變化范圍0.58% ～ 7.41% ；7 號塔春季和夏季月平均風速模擬誤差很小，1.89% ～ 4.90%，但冬季和秋季誤差很大，16.10% ～ 20.17%。
　　3 號塔位于海陵島西北239m 高山體的頂部，周圍地勢開闊，沒有任何地形和障礙物的遮擋，對局地風環境的特征有較好的代表性。由于WRF/CALMET 模式系統的水平分辨率是200m×200m，每個網格點上的模擬風速值代表每個200m×200m 面積區域的平均風速，而3 號塔所處的位置在200m×200m 面積區域內相對平坦，風速分布均勻，因此風能資源的模擬誤差相對就小。
　　4 號和5 號塔位于海陵島與大陸連接的海邊，地勢開闊平坦。從理論上講，WRF/CALMET 模式系統在此地區的風能資源數值模擬誤差應該相對較小。但是，在2004 年1 月的天氣背景條件下，整體地面風速較大，這必將造成海面風浪加強，從而造成地表粗糙度加大。而目前本文在WRF/CALMET 模式系統中還沒有考慮海面粗糙度隨風速變化因素，只是將海面等同于平靜水面。因此，本文4 號和5 號塔位置處2004 年1 月的平均風速模擬值明顯偏大。
　　7 號塔位于海陵島西部高度172m 山體南側的山坳里， 塔基座海拔高度49m，7 號測風塔東南方向面對大海、地勢開闊，其它方向均被山體阻擋。因此從表3 中看出，春季和夏季盛行東南風時，月平均風速模擬誤差較小，1.89% ～ 4.90% ；而秋季和冬季盛行北偏東風時，月平均風速模擬誤差就很大，16.10% ～ 20.17%。因此，說明本文風能資源數值模擬的精細化程度還不能很好地滿足如此復雜地形條件下的風場評估要求。　
　　表4 列出了7 個塔位置處各月風速Weibull 分布A、K值模擬的相對誤差。可以看出，7 個塔位置處4 個月的模擬K 值相對誤差都比較小，最大值在2 號塔，7 月K 值模擬相對誤差為10.53%，除此之外，其他K 值模擬相對誤差均在10% 以內，說明WRF/CALMET 模式系統對風速Weibull 分布形狀的模擬較好，即模擬風速值與觀測風速值的變化范圍是一致的。