钟帅研究组在西藏风能资源利用及优化布局方面取得进展

风能是目前实现能源转型的重要途径之一。位于青藏高原的西藏自治区具有丰富的风能资源,但受限于高海拔和复杂地形,风电开发相对滞后。目前对高原风电的研究相对较少,特别是缺乏对西藏风电的综合评估。现有研究主要关注风电的资源开发的资源和技术潜力,忽略了地形、人口分布等因素的影响。本研究在评估风电技术潜力的同时,系统识别了地形、土地利用、人口分布等制约因素对风电开发的影响效应。

本研究针对高原地区地处偏远、自然环境复杂、观测点及相关设施缺乏、数据不全等问题,将地理信息系统建模、风机特性和西藏风速数据相结合,设计了一套实用的高原综合风能评估方法,并应用于评估西藏当地风能的技术经济潜力。首先是技术潜力评估,集成地理因素和技术参数信息构建专属数据集,其中地理因素包括土地利用、坡度和海拔等,技术参数术因素如涡轮机特性和阵列布置。利用专属数据集和五参数逻辑斯蒂分析方法,拟合了西藏地区平均风速与风机输出功率之间的关系,估计当地风资源的技术潜力。发现在设定两个阵列下,西藏地区风机输出功率的技术潜力分别为153.7 kMW215.8 kMW。然后是经济潜力估计,考虑涡轮机规格、海拔高度等因素影响成本,结果显示目前西藏风力发电站成本较高,需要相应政策扶持和未来超高海拔风电技术发展支持。再次是可行性分析,考虑了社会、经济、交通便利性等因素,结果显示目前地形要素是对西藏风力发电站建设的影响最大的因素。

在此基础上,本研究开展了西藏风能技术-经济-资源的区域协调分析。结果表明,西藏风电热点区主要分布在阿里、那曲和日喀则等地区,而且山南和昌都也有可开发热点。兼具经济和技术优势的地区集中在冈底斯山脉北侧、江孜-德格和林芝-唐古拉山脉的怒江流域,而昆仑山脉和横断山脉之间的部分区域存在资源-技术-经济不匹配问题,需要政府适当补贴。主要的技术可开发潜力集中在平均风速4-10/秒范围的对应地区,其开发成本估计在0.1$/kWh0.5$/kWh

本研究为政府相关部门制定西藏风电发展规划提供了科学依据,有助于风电项目的合理布局规划,协调多种能源发展,并识别出需要政策支持的地区。例如,政府可以参考本研究结果,重点开发阿里、那曲和日喀则等风电热点区域,并对存在技术经济不匹配的区域提供政策补贴,促进风电项目的建设。

本研究对于有意在高原开发风电的企业也具有一定的借鉴意义。主要包括以下三个方面:

(1)选址建议,研究指出了西藏的风电技术潜力热点区域,为潜在风电项目提供了选址建议,特别是在阿里、那曲和日喀则等地区;

(2)

风电项目可行性评估:识别自然因素对风电站建设的影响权重,为潜在风电项目提供了可行性评估的参考,如地形、人口密度、经济发展水平等关键因素;

(3)技术经济指标及未来发展方向:刻画西藏风电的技术潜力范围、经济潜力范围,以及资源-技术-经济的匹配关系,有助于支持潜在风电项目的技术方案和投资预算。

    本研究成果近期发表于工程领域的top期刊《Energy Conversion and Management(IF:10.4),第一作者为博士生朱屹东,通讯作者为钟帅副研究员。合作研究人员包括中国科学院地理资源所的沈镭研究员,赵建安研究员和李德龙助理研究员。本研究得到科技部基础专项第二次青藏高原综合科学考察研究子专题青藏高原工矿业绿色发展途径,以及第三次新疆综合科学考察项目子课题和国家自然科学基金面上项目等资助。     

   
   同时,本研究基于数据、算法及模型的进展,设计了一种基于多源数据融合的风能潜力评估方法,申报并获得了发明专利认证
(专利号:ZL202310830012.6)

论文信息:Yidong Zhu;Shuai Zhong;Lei Shen;Delong Li;Jian'an Zhao;Xiaoyang Hou;From potential to utilization: Exploring the optimal layout with the technical path of wind resource development in Tibet,Energy Conversion and Management,2024,304: 118231

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.118231

专利信息:朱屹东,钟帅,沈镭. 一种基于多源数据融合的风能潜力评估方法. 发明专利,专利号:ZL 202310830012.6.

专利链接(中国知网):

https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=_6cC4UgRj8QdnzO0lVu3WW3G0eODW2tqKzCNKJ_4m5HqjWdIiGwRHj8_dN1jSDmzURW0HuwnwF1jGDRF7llWF7-zrr7UExRp2UbObIgkSmoK8_qPUhR8D8mBF25Pbak3&uniplatform=NZKPT&flag=copy

附图1 西藏风力涡轮机月输出功率以及西藏各地市涡轮机月平均输出功率变化

附图2 西藏各地能源经济成本的分布结果和区域分布图

附图3 西藏地区风能开发的经济-技术协同分析


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