广东部分地区近年风速时间变化与空间分布分析及风能评估
中山大学环境科学与工程学院大气科学系
指导教师 林文实教授
段苏芩
摘要
风能是可再生清洁能源，风能大小不仅与风速大小有关，还与可利用时间密不可分。本
文使用广州、番禺、增城、中山、东莞、珠海、深圳 7 个气 1999-2008 年每日四次定时资料， 上述 7 地的平均风速，并对风速分级， 各级风出现时数。分析发现风速由近海向内地递 减，由城市化程度低的地方向城市化程度高的地方递减。开发利用风能时应重点考虑近海及城郊 地区。各地风速频率分布的时间变化与城市化进程呈明显负相关，多数研究区域具有 4000h 以上 的有效利用时数，颇具开发前景。
关键词 风速 时间变化 空间分布 城市化 风能
一． 引言
如今，人 剧膨胀，技术，经济快速发展，资源和环境成为当今世界的主题之一。传统的常 规能源已不能满足人们需求，而且其生产过程还带来无数环境问题。风能是理想、安全的清洁能源， 对其开发势在必行。目前已有许多关于风能评估和开发的研究，然而大多针对大型风电场。能建大 型风电场的地方毕竟有限，现在国内外市场上已有多种小型风机，若能有效利用城市风能，则它将 成为一笔宝贵的财富。基于此出发点，本文对广东省 7 个城市（地区）的风况进行了探究分析。 要评估风能，首先应研究风速。江滢、罗勇等在《近 50 年中国风速变化及原因》 一文中以日 资料和月资料 分析指出中国平均风速减小，并分析原因可能有仪器设备变更，城市化发展，全 球气候变暖下的大气环流改变等。本文考虑距海距离与城市化程度，选取广州、番禺、增城、中山、 东莞、珠海、深圳 7 个站点，用每日四次定时资料计算了 1999-2008 年各地各月月平均及各年平均 风速，分别从时间，空间上做出分布图进行比较。对风能利用，仅看平均风速是不够的，本文进一 步对风速进行分级，并统计各年内各级风出现的小时数，作出频率分布。对原因，本文主要从城市 更新改造， 房地产开发投资等项目) 化角度分析，认为全社会固定资产投资额 (包括基本建设投资， 可作为年内城市化进程指标 衡量一地风能大小， 通常用平均风能密度，有效风能密度，及可利用有效时数。 “有效”即大 于风机启动风速，小于切断风速。其他许多研究由于针对大型风场使用的大型风机，将有效风速下
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[1]
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[3]
数据自广东省统计局《广东省统计年鉴》
界定为 3m/s，而本文研究城市风能的利用，而小型风机 2m/s 即可启动，故笔者将下界定为 2m/s.
二． 资料和方法
(一) 资料
1. 本文使用广州、番禺、增城、中山、东莞、珠海、深圳 7 个气 1999-2008 年每日四次定时 资料讨论 10 年来上述 7 地的风速变化 2. 使用 2004-2008 年广州、中山、东莞、珠海、深圳五个自动站的逐时风数据对上述 5 地进行风 能评估
（二）方法
1.风速变化与分布 本文首先 了上述 7 地 1999-2008 各年内 1-12 月月平均风速及各年年平均风速， 做出各年及 年内各月风速变化图以及各地年平均风速分布，进行比较分析。 此外本文以 0-1m/s 为 r0,1-2m/s 为 r1,2-3m/s 为 r2,3-4m/s 为 r3……9-10m/s 为 r9,大于 10m/s 为 r10,对风速进行分级，统计各年各 级风出现的时数（每日四次定时资料以一记录乘以 6，逐时数据则累计小时） ，并做出各级风频率分 布。 2.风能评估 风能密度是气流在单位时间内通过单位截面积的风能，其离散化公式 为: （1）平均风能密度：
[2] [2]
W =
1 N
∑ 2 Niρ u
i =1
n
1
3 i
式中， W 为平均风能密度(瓦/平方米);Ni 为年内某等级
风速风的出现时数，N 为风速累 总时数，ui 为 i 级风速（本文 r0 对应的 u0 取 0.5m/s,r1 对应 的 u1 取 1.5m/s,r2 的取 2.5m/s,……r9 的取 9.5m/s，r10 的取 10.5m/s） ，ρ为大气密度 （2）有效风能密度： 笔者希望通过测评， 评估城市小型风能利用的可行性。 现今已有许多小型风机的启动风速为 2m/s, 于是本文取有效风速为大于等于 2m/s,而各级风速采用各级别的中间值，如 2.5，3.5 等。

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