大规模风电开发对城市大气环境污染影响初步研究论述-北极星风力发电网

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2005年2月《中华人民共和国可再生能源法》颁布以后，中国可再生能源开发利用快速发展，尤其是风电进入了大规模发展阶段。2006年-2009年期间，中国风电累计装机容量连续四年翻番。截止到2013年，中国风电累计装机容量91412.89MW(台湾地区除外)，位居全球风电累计装机容量第一。图1给出了2000年-2013年河北省风电累计装机容量的变化，可以看出，2005年-2011年是河北省风电的高速发展期。中国陆地风能资源丰富区主要分布在东北、内蒙古、华北北部、甘肃酒泉和新疆北部，如此的资源分布特点，决定了中国风电开发“大规模发展、集中式建设、远距离输送”的发展趋势。到2050年，中国风电装机将达到1000GW，建设8个千万千瓦级风电基地。在这种发展形势下，大规模风电开发的生态和环境效应问题越来越受到关注。

目前有关大型风电场局地大气环境影响方面的研究工作还不是很多。美国斯坦福大学Maria通过建立风电机组叶片与大气相互作用的动量参数化关系，估算由于大型风电场建设带来的全球和区域大气能量的损失。结果表明，如果全部用风能满足全球对能源的需求，风能开发对1km以下大气层能量的损失大约0.006%-0.008%，比气溶胶污染和城市化对大气能量的损耗小一个量级。丹麦科技大学Risoe实验室Frandsen通过加大中尺度数值模式中的地表粗造度，设置了9000km2范围的大规模风电场，用数值模拟方法研究大型风电场的局地大气环境影响效应。结果表明，大型风电场下风向风速减弱的影响经过约30km-60km的距离以后就可以恢复。总之，现有的研究都是基于理论计算，大规模风电开发的环境影响效应问题还有待于深入研究。

2013年1月以来，中国中东部地区多次发生大范围、持续性的重污染天气，引起了国内外的广泛关注。国家环保部的全国空气质量统计数据表明，京津冀地区是全国大气污染的重灾区，其中又以河北南部城市最为严重，图2是2013年12月北京市、天津市和石家庄市首要大气污染物PM10污染指数日变化。为了研究京津冀大气污染是否与华北大规模风电开发有关系，本文将通过分析风电场集中建设区的地面风速长年变化和北京市、天津市和石家庄市的污染气象条件长年变化，研究风电大规模发展对局地大气扩散条件的影响。

风电机组的运转会使下风向风速减弱、湍流强度增强。为考察河北、张北、承德地区以及外围的内蒙古地区高速的风电发展是否会造成下游地区较大范围内风速减弱，从而影响北京市大气污染物的扩散，本文在河北北部及周边内蒙古区域内选择了与风电场集中建设区域较近的11个气象站，另外还选择了受周边环境变化影响较小的北京密云气象站，研究1961年-2013年气象站观测风速的长年变化(图3)。从图3可以看出，1961年-2013年12个气象站10m高度年平均风速总体上都呈下降趋势。内蒙古四王子旗、化德，河北张北、怀来和乐亭的地面风速在60年代末和70年代初较长年平均明显偏高，70年代末以后风速一直趋于减弱。其他各气象站的地面风速长年代变化不是很明显，但总体上也是呈减弱的趋势。表1列出了12个气象站1961年-2013年平均地面风速的长年变率，可以看出，地面风速减弱最快的是内蒙古四王子旗和河北张北，大约每年减小0.047m/s;其次是内蒙古化德和河北乐亭，分别为0.040m/s/a和0.042m/s/a;年平均地面风速减弱最慢的是河北围场和丰宁，均为0.006m/s/a。气象站地面风速减弱的长期变化趋势形成的原因，有气候变化背景的作用，也有城市化给气象站周边环境带来的影响因素。总体来看，12个气象站地面风速的变化基本上是渐进的，没有看出有外力影响下的突变。尤其是在2006年-2010年风电开发突飞猛进期间，12个气象站均没有出现风速减弱速度加快的现象。这说明河北北部及周边内蒙古区域内目前规模的风电场建设，对整个区域的地面风速变化没有明显影响。

原标题：大规模风电开发对城市大气环境污染影响的初步研究

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