论文总字数：22530字

摘 要

随着实现全球可持续能源目标的挑战越来越大，扩大现有和负担得起的低碳技术的范围变得越来越重要。在欧洲首创的海上风电是一个令人信服的例子，它是一项越来越成熟的技术，有可能在未来的能源分布中占有很大比例。国际能源署（IEA）与各国政府、工业界和研究机构合作，对海上风电进行了迄今为止最全面的全球研究。这份报告阐述了目前海上风电的现状、如何发展以及哪些挑战仍然需要克服。为了正确评估海上风电的全球潜力，IEA与伦敦帝国理工学院合作进行了一项特殊的地理空间分析。该项目利用最新的卫星数据，详细绘制了全球数十万公里海岸线上的风速和风速质量图。根据相关报告的数据，到2017年中国海上的风电场将会新增容量116万 kW，达到279万kW，在世界排名中将进一步提升。然而，它的潜力远远大于这一点，正如国际能源机构可持续发展设想所表明的那样，该设想概述了实现全球气候、空气质量和普遍获得能源目标的途径。在这种情况下，海上风电不仅有助于使全球电力部门步入完全脱碳的轨道，还成为欧洲的主要电力来源，并使氢能够大幅减少钢铁和航运等部门的排放。

现有的海上风能资源评价指标维度单一，主要针对的都是资源丰度。实际上，风电机组发电平稳性具有陆地不具有的优势。为了正确评估海上风电的潜力，本文采用威布尔分布函数计算在海上风电场水域不同高度处风速和风功率密度来评估风能资源。

关键词：风能资源评估；风电场；威布尔参数

Abstract

As the challenges of achieving the global sustainable energy goals grow, it becomes increasingly important to expand the range of existing and affordable low-carbon technologies. Offshore wind, pioneered in Europe, is a compelling example of an increasingly sophisticated technology that has the potential to become a big part of the energy distribution of the future. The international energy agency has conducted the most comprehensive global study of offshore wind power to date, in collaboration with governments, industry and research institutions.The report describes the current state of offshore wind, how it is developing and what challenges remain to be overcome. To properly assess the global potential of offshore wind, the IEA conducted a special geospatial analysis in collaboration with imperial college London. The project used the latest satellite data to map wind speeds and their mass along hundreds of thousands of kilometers of coastline around the world.According to the data in the report, China's offshore wind farms will have an additional capacity of 1.16 million kW to reach 2.79 million kW by 2017, which will further improve its ranking in the world. However, its potential is far greater than that, as demonstrated by the iea's sustainable development vision, which Outlines ways to achieve global climate, air quality and universal access to energy. In this context, offshore wind power is not only helping to put the global power sector on the path to complete decarbonisation, it is also becoming a major source of electricity in Europe and enabling hydrogen to significantly reduce emissions in sectors such as steel and shipping.

The existing evaluation index of offshore wind energy resources has a single dimension, which mainly focuses on resource abundance. In fact, the wind turbine generating stability has the advantage that the land does not have.In order to correctly evaluate the potential of offshore wind power, the weibull distribution function is used to calculate wind speed and wind power density at different heights of offshore wind farm waters to evaluate wind energy resources.

Keywords: wind energy resource assessment; Wind farm; Weibull parameter

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1.研究背景和意义 1

1.2.国外研究现状 3

1.3.国内研究现状 4

1.4.本文主要研究内容和目标 6

1.4.1研究内容 6

1.4.2研究目标 7

第2章 研究区域的基本情况 7

2.1 概况 7

2.2 研究区域气象及风能资源 8

2.2.1 参证气象站概况 8

2.2.2 气象要素统计 8

2.2.3 区域风况分析 9

第3章 风电场测风数据整理及分析 10

3.1．风电场数据整理 10

3.1.1.风能评估指标 10

3.1.2.风速数据来源 11

3.1.3.测风塔的选择 11

3.2.风电场数学模型 12

3.3风电场数据处理 13

第4章 风资源分析 16

4.1 风速概率分布 16

4.2威布尔参数 17

第5章 风频率曲线拟合及统计分析 17

5.1风频曲线拟合 18

5.2 折线图计算风切变指数 18

第6章 结论 19

参考文献 19

致谢 21

第1章 绪论

受电力行业化石能源使用量不断增加的影响，全球与能源相关的二氧化碳排放量逐年攀升，不断创下历史新高，这比以往任何时候都更需要更加低碳环保的技术支撑电力能源。虽然可再生的清洁能源取得了飞速进展，但利用化石燃料发电仍时主要来源，占发世界总发电量的60％以上。^[18]有调查数据表明，经济的形势出现了变化，人们越来越多地承诺要实现经济脱碳，同时解决空气污染问题，但需要加快行动，随着海上风电不断发展，海上风电的成本正在下降，并将进一步下降。融资成本占总发电成本的35%至50%，以实现可持续能源目标。在美国，有的研究成果表明，海上风电很快将成为一个经济的选择，有可能服务于美国东海岸。在中国，海上风电场将在2030年左右与燃煤等化石发电能力形成竞争，并与太阳能光伏和陆上风电并驾齐驱。该报告提供了迄今为止最全面的分析，包括海上风电的全球前景、对电力系统的贡献及其在清洁能源转型中的作用。^[12]

作为一项准备快速发展的技术，海上风电面临着许多挑战。开发商必须建立有效的供应链，解决环境问题，并证明最近拍卖出价所承诺的令人印象深刻的成本削减在其他市场和一系列海洋条件下是可复制的。海上风电开发商还必须成功应对一系列独特的技术和监管挑战，特别是在海洋规划和开发陆上支持电网基础设施以将海上生产的电力输送给消费者方面。强劲的增长也可能带来新的挑战，比如获得足够数量的稀土元素，这些元素对大型海上风力涡轮机至关重要。要想发挥海上风电的潜力，为清洁能源的未来做出巨大贡献，就必须克服这些挑战。

一个关键的挑战是需要制定明确的计划，以便能够建立有效的供应链，限制项目风险，支持低成本。在一个完美的海上风电方案中，我们将看到改进的涡轮机模型和更轻、更具弹性的基础按时交付到项目中，透明的规划和法规为项目开发商和投资者提供了清晰的长期市场可见性，参与者之间为降低成本进行了健康的竞争，国际和国内产业伙伴关系的良好平衡，并建立一支训练有素的劳动力队伍。

1.1.研究背景和意义

随着化石能源等不可再生能源消耗的增加，可再生能源在世界范围内得到了重点推广。在可代替的能源领域研究和开发中，人们意识到，在过去的十多年中，全球温度一直处于极速上升状态，并且速度越来越快。^[1]作为可再生能源之一的风能在全球范围内得到了很大的关注，风能在全球储量巨大、分布广，能量效益高切适合集中开发得到了大力地开发利用，随着海上风能的认知，现在海上风电场逐步向大型化、商业化发展。海上风能现已被认为是一种重要的可再生能源，近些年发展迅速，尤其是在西北欧洲国家。海上风电具有资源丰富、利用时间长、不占用土地、不消耗水资源、开发规模大的特点。近年来，许多国家将风力发电的重点转向了海洋。许多大型风力发电企业和制造商都在探索海上风力发电的发展，这样如何提升风电场整体效益，降低建造和运营成本已成为行业内最为关切的议题。

如今，全球风力发电装机容量以惊人的速度增长。自2009年以来，全球风电装机容量每年超过35GW。在区域上，到2013年底，中国有能力以91.142GW的数值领先总装机容量，其次是美国和德国。^[2]然而，尽管风能行业迅速发展，但值得注意的是，由于风力发电的随机性和可变性，风力涡轮机产生的电力通常具有高度间歇性，这可能影响电力质量和电力系统的规划。因此，风力发电还需要进行更精确的资源评估。以保证风力发电的经济性。

中国海上风力发电的先天优势在于中国海岸18000公里的海域面积300多平方公里,近海5米至25米内水深线50米范围内的海拔高度,风力发电装机容量约为2亿千瓦时,海上风力发电将成为未来的主要发展方向在发电行业在中国和中国大多数人口集中在东部沿海,对我国近海风电企业具有重要的战略意义和现实意义^[20]

海上风力发电可以减少对环境的污染,但在发电厂的建设中，可能一定程度的破坏海洋环境,电站的建设将导致损失和减少海域水下悬浮泥沙和浪费建设会破坏海洋生态环境,导致当地水质的恶化周边海域,海洋生物造成损失,对浮游动物和浮游植物产生影响^[19]

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