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西藏地区风力、太阳能与西藏经济可持续发展 0 风电场发电能力 青藏高原被称为“世界屋脊”，其特殊的地理位置和地形形成了独特的西藏高原气候。西藏地区地势高亢且地形复杂,存在众多台地、山峰、河谷、湖泊等。目前,西藏全区总装机容量近500MW,发电量1.2 TWh,用电人口覆盖率约为57%,全区人均装机185 W,人均用电量444 kWh。至2004年底,用电人口160多万,还有39%的乡镇和59%的行政村没有通电。大力开发西藏地区较丰富的风能和太阳能资源是解决其电力供应紧张问题的重要途径。目前,世界各国对风力发电的研究较多且进展较快,但对于环境气候条件十分恶劣的地区所进行的风力发电的应用研究却很少。本文结合青藏高原特殊的气候环境特点,分析了环境对风力发电性能的影响,提出了在风力发电系统设计中可采取的减小上述影响的对策和措施。 1 风资源分布的影响 1.1 西藏风能资源分区的季节和季节动态 西藏风能总储量约为773 TW,全区范围内基本上无年平均风速大于5.0 m/s的地区。位居全区风速高值区的藏北一线以及喜马拉雅山脉与冈底斯山脉之间的山谷地带东段,年平均风速只有4.0～4.3m/s;其次是南部边缘地区的帕里、错那、普兰及东部的洛隆,年平均风速为3.0～3.9 m/s;东部的昌都和芒康由于地处比较封闭的河谷中,年平均风速只有1.2 m/s,为全区风速最小的地区;其它地区风速1.4～2.9 m/s。 从季节分布来看,冬、春季节风能相对丰富,秋季风能最小。冬季全区平均风速为0.8～5.0 m/s,最高值出现在藏北一线(4.1～5.0 m/s);春季属于全年风速最大的季节,藏北一线平均风速达4.5～5.0 m/s;夏季风速减小,全区风速为0.9～4.1 m/s,最大风速出现在南部边缘地区的错那(4.1m/s)和聂拉木(4.0 m/s),此时藏北一线的风速减小到3.4～3.8 m/s;秋季全区大部分地区风速比夏季还小,高值位于藏北及南部边缘地区(3.2～3.9 m/s)。 按照全国风能资源区划标准,在10 m高度风能资源丰富区风功率密度大于200 W/m2,较丰富区风功率密度大于150～200 W/m2,可利用区风功率密度大于50～150 W/m2,贫乏区风功率密度小于50 W/m2,根据西藏风能资源的实际分布状况,基本上可划分为两个区域,即风能可利用区和贫乏区。风能资源可利用区包括念青唐古拉山以北,东起那曲地区那曲县、西抵阿里地区革吉县,年风功率密度在为53～122 W/m2;南部边缘地区(即喜玛拉雅山北麓)以及昌都地区的洛隆县风功率密度为56～75 W/m2。风能资源贫乏区为除上述风能资源可利用区以外的西藏广大地区。 1.2 风资源状况对风发电的影响 1.2.1 人口密度大、存量 由于西藏无风能资源丰富区,开发大型风力发电机组及实现并网发电的可行性很小。西藏地区地广人稀,人口密度不大,大多数镇、乡、村规模较小,彼此距离较远,用电量相对较少。由于长距离输配电投资和损耗很大,暂时还没有必要实现并网发电,因此在西藏推广中小型风力发电是可行的,具有一定的发展前景。 1.2.2 西藏太阳能资源在我国第二大区域与其它能源形式配合使用,以互补发电为主见表1 西藏风能资源可利用的时段性极强,且主要集中在冬春季节,若采用单一的风力发电形式则电能质量、可靠性和稳定性难以保证,需要考虑与其它能源形式配合使用,互补发电。 西藏太阳能资源居全国首位,是世界上太阳能最丰富的地区之一。年日照时数在1 500～3 400 h之间,辐射总量大部分地区为6～8 G J/m2,直射比例大,年际变化小。西藏太阳能资源与风能资源具有较好的互补性。开展风光互补发电可以补充部分时段风能不足,克服太阳能光伏发电造价高的缺点,同时发电质量、可靠性和稳定性也会得到提高。 1.2.3 应用区域限制 西藏部分地区不具备风力发电条件,需要考虑其它发电方式,如太阳能光伏发电,燃料电池等新型发电方式。 2 影响空气密度的影响 2.1 空气温度梯度 根据气体状态方程式求得空气密度与海拔高度的关系为 式中:ρH为海拔高度为H时的空气密度;ρ0为标准状态下空气密度,气温为0℃时海平面的空气密度为1.292 kg/m3;T0=273℃为绝对温度;α=6.5×10-3℃/m为空气温度梯度。大气压力和空气密度随海拔高度的变化见表1。 2.2 西藏各地的氮气值 西藏地区地势高,气压随高度下降很快,年均气压在6.525×10-6Pa以下,不足海平面气压的2/3,空气密度0.57～0.89 kg/m3。如果取平原地区气压值为1,则西藏各地的气压值分别为林芝0.71,拉萨0.66,那曲0.62,安多0.60。在温度相同的情况下,空气密度和气压是成正比的,在高原上空气密度只有平原地区的75%～80%。 2.3 风轮机