摘 要

Abstract 3

1. 绪论 4

1.1. 研究背景与意义 4

1.2. 国内外研究现状 5

1.3. 研究内容及结构安排 7

2. 热带气旋影响沿海风电场安全的主要因子分析 7

3. 影响因子的数值计算 9

3.1. 数据选取 9

3.2. 最大风速算法 9

3.2.1. 最大风速的年分布规律 10

3.2.2. 最大风速的月分布规律 10

3.3. 有效波高算法 11

3.3.1. 有效波高的年分布规律 12

3.3.2. 有效波高的月分布规律 12

4. 热带气旋分布规律及重现期的风险量化 13

4.1. 影响研究区域的热带气旋的时间分布规律 13

4.1.1. 影响区域的范围界定 13

4.1.2. 影响研究区域的热带气旋总个数的年分布规律 13

4.1.3. 影响研究区域的热带气旋强度的年分布规律 16

4.1.4. 影响研究区域的热带气旋总个数的月分布规律 17

4.2. 热带气旋对研究区域的累计影响时间规律 19

4.2.1. 累计影响时间统计方法 19

4.2.2. 不同年份的累计影响时间 23

4.2.3. 不同月份的累计影响时间 24

4.3. 1000a重现期安全风险 25

4.3.1. Gumbel分布模型计算特征量极值 25

4.3.2. 1000a重现期极值风速和波高 26

5. 应对策略 29

5.1. 发电机组选址及设备选择 29

5.2. 设备运营中安全监管 29

5.3. 风机倒塌处理应对 30

致 谢 31

参考文献 32

摘 要

利用风能进行发电，是全球应对气候变暖，解决能源供应和可持续发展的最佳途径之一。中国沿海具有丰富的风能资源，因此沿海风电场的开发成为发展风电的趋势和方向。但同时这些地区也是受台风影响较为严重地带，热带气旋带来的大风和大浪，很容易损坏风电场基地和风机。在目前中国缺乏完善的台风检测基地的情况下，对沿海风电场的热带气旋进行影响风险分析是必要的。本文选取最大风速和有效波高这两个特征量，主要利用中国沿海近60年热带气旋最优路径资料、风场及强度资料，系统分析研究热带气旋的影响变化规律；选取福建省莆田风电场和江苏省滨海北区海上风电场作为代表地点，使用特征量的Gumbel分布模型量化热带气旋在不同重现期潜在的安全风险，在定量定性分析的基础上，给出相应的应对策略。

关键词：热带气旋；沿海风电场；最大风速；有效波高；Gumbel分布

Abstract

The use of wind energy for power generation is one of the best ways to tackle climate warming, tackle energy supply and sustainable development. China's coastal areas are rich in wind energy resources, so the development of coastal wind farms has become the trend and direction of the development of wind power. But at the same time, these areas are also affected by the typhoon seriously, tropical cyclones bring the strong wind and huge waves, it is easy to damage the wind farm bases and wind turbines. Risk analysis of tropical cyclones in coastal wind farms is essential in the absence of a complete typhoon testing base in China. In this paper, we selected the two characteristics of maximum wind speed and significant wave height, mainly using the optimal path data, wind field and intensity data of tropical cyclone in China for nearly 60 years, and systematically analyzing the change law of tropical cyclone. Putian wind farm in Fujian province and the Beihai District in Jiangsu Province were selected as two representative site of the offshore wind farm sites, using the Gumbel distribution model of two characteristics to quantify the potential security risk of tropical cyclones in different return periods, and on the basis of qualitative and quantitative analysis, the corresponding coping strategies are given.

Keywords: Tropical wind; Offshore wind turbines; Maximum wind speed; Significant wave height; Gumbel distribution

绪论

研究背景与意义

开发利用可再生能源是我国能源发展战略的重要组成部分。利用风能进行发电，既不消耗化石燃料，又无温室气体二氧化碳、废水、废气和废渣的排放，是当今世界应对全球气候变暖、解决能源供应和可持续发展的最佳发电形式之一。风力发电的主要目的是节省常规能源、减少环境污染、降低发电总成本^[[1]]。

由于陆上风电场受到土地等众多因素制约，目前逐渐趋向饱和。而沿海风电具有风能资源丰富、风能利用率高、风速较高且持续性较长的特点，电量产出较高，且同时不受土地的限制，对周边环境影响较小。因此，沿海风电场越来越成为风电发展的趋势和方向。

2017年2月10日，全球风能理事会(GWEC)在比利时首都布鲁塞尔发布了《全球风电统计数据2016》。数据显示，2016年全球风电市场新增容量超过54.6GW，全球累计容量达到486.7GW。其中，2016年全球海上风电新增装机容量达到2219MW，累计容量达到14384 MW。（引用）

有数据显示，我国沿海10m水深的风能资源约1亿kW，近海20m水深的风能资源约3亿kW，近海30m水深的风能资源约4.9亿kW。此外，由于我国东部沿海地区经济发达，能源紧缺，海上风电更靠近用电负荷中心，开发丰富的海上风能资源将有效改善能源状况，已经成为我国能源战略的重要内容。