从自然条件上分析佳木斯风能资源开发的利与弊

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(1.佳木斯大学,黑龙江 佳木斯 154007； 2.佳木斯市发展和改革委员会，黑龙江 佳木斯 154002)

0 引 言

风是地球上一种自然现象，是由于地球表面辐射差额不同，形成温差产生水平气压梯度从而引起的大规律空气的流动。

随着世界性能源危机的日趋严重，特别是70年代全球石油涨价，产生石油危机，90年代初海湾战争爆发，其导火索也是能源。而水力发电为了建水库，占农田，迁居民，代价昂贵。因而，可再生、无污染的风能又在世界各国崛起。风能资源作为一种可再生的清洁能源的开发利用逐渐受到世界各国的普遍重视。

2010年的12月29日黑龙江省发展和改革委员会颁布《国家鼓励的资源综合利用认定管理办法》[1]，2012年黑龙江省人大常委会制定《黑龙江省气候资源探测和保护条例》有关规定，表明黑龙江省对资源综合开发利用的支持和重视[2]。

1 佳木斯开发风能资源的优势条件

1.1 纬度条件

佳木斯市位于黑龙江省东北部三江平原腹地(如图1)，位于东经129°30′～135°08′；北纬44°51′～48°28′。北邻鹤岗市、西邻伊春市，南部与依兰县、七台河市接壤，东北部以黑龙江、乌苏里江为界，与俄罗斯隔江相望。西南部为小兴安岭余脉丘陵地区，其余均为三江平原。

图1 佳木斯在黑龙江省的地理位置图

从纬度上看佳木斯地处中纬度地区，处于西风带范围内，偏西风是该地区的主要盛行气流。佳木斯背靠着世界上最大的欧亚大陆，面对着世界上最大的太平洋，在此海陆间形成巨大的热力差异，气压差也明显比其它地区大，因冬夏季风向随季节变化明显,佳木斯在中国气候类型分布图中处于温带季风区。

1.2 大气环流条件

从大气环流状况上看，夏季佳木斯受西太平洋副热带高压西部东南季风的影响，冬季则受强大的蒙古高压西南偏西北风的影响，冬夏形成较大的气压差，但夏季海陆间的气压梯度远小于冬季，因此佳木斯夏季风速小于冬季、春季、秋季风速，成为一年中平均风速最小的月份，见表1。

表1 黑龙江省平均风速最大、最小和大风日最多的月份

图2是黑龙江省平均网速分布图，佳木斯所在的区域年平均风速达到4 m/s，是在黑龙江省近地面风能资源最丰富的地区。而图3则是佳木斯常年风向风速平均频率图，图中表明佳木斯常年风向稳定、风速适中，因此是开发风能的最佳之地[3]。

根据北半球中纬度大气环流的运动规律及佳木斯所处的纬度，此处地面与高空风向、风速一致，常年吹偏西风，风向稳定，而在高空则有一个风速超过30 m/s的急流区地区，常年风速都较大。佳木斯正好位于这样一个风速较大、风向稳定、风能资源丰富的地区。

图2 黑龙江省平均风速分布图

图3 佳木斯历年各风向频率玫瑰图

1.3 地形条件

图4是佳木斯地区地形地貌分布图，从图中看出佳木斯市地形地貌比较复杂，北、西、南有小兴安岭、老爷岭、完达山余脉环绕，导致西南、西北较高，地势逐渐从西北向东北缓降，在松花江水作用下形成低平的低平原。

图4 佳木斯地区地形地貌分布图

根据佳木斯地形特征分析，西南—东北是狭长的松花江谷地平原区(狭谷风)，在这个平原区上分布着大量的低山丘陵，由于佳木斯常年主导风向也是西南—东北向，因此风在运行的过程中没有任何阻挡，进而形成较丰富的风能资源区。为佳木斯开发利用风能提供了得天独厚的禀赋。

地形的狭管效应也会形成较大的风区。地处松花江中游河谷地带的通河，风速一般比较大，而且多大风日。这一绵长河谷处在东南部山地与小兴安岭山地交界处，构成东西向延伸的巨大狭管地形，加大了那里的风速，全年近地面平均风速为3.5 m/s。4月份的月平均风速达4.7 m/s。平均全年5级以上大风日多达209.8 d，为黑龙江省之最。而8级以上的大风日平均每年也有48.8 d[4]。

1.4 高度条件

在气象学中风速随高度变化的规律是遵循热成风原理的，随着高度的增加，风速是逐渐增大的，风向趋向于热成风(北半球的热成风为西风)。因此佳木斯区域内丘陵、低山区风速较大、风能资源较丰富。如桦川县西部、佳木斯市区南部、桦南县东部等都是海拔相对较高的丘陵或漫岗区。

1.5 背风山坡条件

从佳木斯地形地貌分布图上看出，西北和东南分布有较高的山地，所处的地理纬度是44°51′N～48°28′N正是中纬度西风带必经之路，西部山地主要是西南—东北走向，因为三江平原处于西风带的背风坡位置，随着海拔高度的降低，风速快速加大，山地愈高，下降的速度愈快。因此三江平原区也是风能资源十分丰富的地区。

2 佳木斯开发风能资源的劣势条件

2.1 夏季风的影响

大规模的风力发电阻滞大气层底层的空气对流，破坏佳木斯地区的季风性自然气候。若大规模开发，我们将生活在一个没有风的世界中。城市上空的污浊空气也将长时间笼罩着城市，因为没有风吹散它们。佳木斯冬季盛行西北季风，夏季盛行东南季风，特别是夏季来自海洋湿润的东南季风，是佳木斯主要的降水来源，占全年降水量的70%～80%，若夏季风被大量的风力发电机拦截，佳木斯将处于干旱的深渊。

到2011年佳木斯郊区已正式与国电和风、华电新能源、华润风能、三江风能4家风电企业，签订了18个风电场的开发协议，总装机容量达到90万kW。已与湘电新能源签订了3个风电场的测风协议，总装机容量约85万kW。其余3个风电场装机容量25万kW[5]。

2.2 低温的影响

由于佳木斯冬季受极地大陆气团影响，气候较寒冷，一般情况下冬季最低气温可降到零下30°或以下，但由于近年受全球气候变暖的影响，低于-30°的低温天气已不多见。 冬季影响佳木斯一般以西北、偏西气流为主，降雪强度多为小雪或小到中雪，但如有偏南气流从华北、黄河一带北上时，地面有低压系统配合的情况下也容易产生大雪或暴雪天气。 特殊的低温气候，加之风电场往往建在海拔高的地区，为提高风电机对低温的适应性，还需要额外的热源，即在机舱内部装设加热器。加热器功率高、耗电量大，需要对其功率、位置做合理设计，对启停时间进行合理控制。而发电机组传动系统中的齿轮箱、主轴等，承受冲击载荷，这类零部件需重点防止低温时的脆性断裂，提高材料和机件的多次冲击抗力。避免在低温情况下出现较大的冲击载荷也是非常关键的[6]。佳木斯冬季的低温大大降低了风电机工作时数。

同时佳木斯冬季的低温，降雪后地面光而滑，西北风强而硬，对于风机出现故障时给维修人员上山修理带来极大的困难与危险。

2.3 市场的影响

佳木斯市场环境不协调成为风能资源发展的关键性障碍。具体表现在市场规模较小，市场链条不稳定。开发的基础薄弱，底子薄发展相对就要缓慢。佳木斯风能资源开发到目前为止还没有形成有序的开发模式，在开发方面风能和其他的能源一样，无序开发会浪费更多的风能资源。

2.4 对自然环境的影响

建立风电站对自然环境的不利影响还是存在的。成规模的风机分布地区一定要求风力资源密集，但是树木有阻碍风速的作用，在风力资源开发时要采取远离树林或者砍伐开发的措施，黑龙江省是我国最大的木材供应基地。森林覆盖率为43.6%，森林面积居全国首位。

佳木斯市森林资源丰富，集中分布在张广才岭东部、完达山北部和小兴安岭余脉。市属有林地面积为863.9万亩，加上森工、农场系统的有林地，全市森林覆盖率为20.7%。通过我国森林分布和风能分布对比，可以发现森林的分布和风能分布富集区相互交错存在，根据国家林业部门相关规定，郁闭度≧30%的林地属有林地即森林区，包括天然林和人工林等。由于受生态环境保护以及风能开发成本等因素的制约，有林地现阶段不宜作为风能成规模化开发的选址对象。大规模的砍伐森林带来的损害还是不得不考虑的。

2.5 对生活的影响

建立风电站对人类的居住地也会有相应的作用。37.5 m或者62 m长的风机叶片在竖直方向上的转动直径能达到100 m左右，风机叶片占据很大的空间，而且处于运转状态时不可避免产生噪声污染[7]。所以风电场要选在离居民区2 km以外的地方建造。人类的居住地也要避开风机安装区。所以风电站的建立有可能造成建设过程中的人口迁移。

3 结 论

佳木斯地区开发利用风能资源利弊兼存，风力发电既没有燃料的消耗，也没有“三废”的排放，起到了节能减排的作用。风力发电的优越性也使得佳木斯市利用风能的脚步较快。随着黑龙江省经济的高速发展，能源生产和消费量持续攀升，石油、煤炭等传统能源的资源压力也日益加剧。风这种清洁并可再生能源，因其取之不尽用之不竭，越来越受到重视[8-10]。

佳木斯地区拥有适宜的地形、气候、交通等条件，是规模化发展风电场的理想场所。合理的开发和有效利用风能资源，能够起到节能减排的作用，给佳木斯市带来经济效益，而且对缓解该地区传统能源紧张和解决我国局部地区“电荒”问题也具有一定的积极影响[10-13]。

佳木斯地区的风能资源开发有利方面是有目共睹的。但是面临着不可避免的负面影响。确保在利用的过程中取得利益最大化，能够兼顾可持续发展的原则，才是最明智的。

[1] 我国东南沿海地区风能资源丰富的自然条件[S].《互联网资源》，百度知道.

[2] 高 霞，姜雅凡，孙 勇.浅谈风能的利用[J].黑龙江科技信息，2010:23.

[3] 徐庆华.黑龙江省地理[M].哈尔滨:黑龙江科技出版社，1992,(08):22-23.

[4] 黄秀英，沈泉岭，陈 季，等.佳木斯风能资源形成分布探讨[J].应用能源技术,2009.

[5] 佳木斯郊区利用风力资源发展风电产业[S].http://heilongjiang.dbw.cn/ .2011.

[6] 马 驰.影响风力发电机组功率的因素[S].中国高校技术企业，2011.

[7] 李 柯，何凡能，席建超.中国陆地风能资源开发潜力区域分析[J].资源科学，2010,32(9)

[8] 王永亮.黑龙江省风能资源评估[D].硕士学位论文,2005：7-10.

[9] 郑 红，于宏敏，魏 磊，等.黑龙江省风能资源再分析[J].黑龙江水专学报，2010.(03)

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[11] 戚中浩.风力机机舱内自然对流换热CFD研究[S].华北电力大学(北京)，2010.

[12] 吴金卓，马 琳，林文树.生物质发电技术和经济性研究综述[J].森林工程，2012，28(5)：102-106.

[13] 东北地区风能资源开发与风电产业发展[S].互联网资源.百度文库.