CWPE2018主旨發言：國家氣候中心正研級高工張秀芝——《中國海上風電開發的風、浪氣候條件》

 

　　國家氣候中心正研級高工張秀芝在主旨發言環節發表了題為《中國海上風電開發的風、浪氣候條件》的演講：

 

　　很高興又有這樣一個機會跟大家聊一聊關于海上風電的風資源和風和浪的一些氣候條件，海上風電其實是一個鏈條的問題，首先就是要選一個好的地方，風資源好這是第一。第二你要選這個地方風險小，你要是說風資源好，風險大，那你的投資也會成問題。另外一個就是海床條件基礎好，你就會穩定一些。

 

　　第二的就是做好風和浪的觀測，我現在說海上的風電，陸上只要測風就OK，海上涉及到水下的問題，風、浪、潮流有什么附著物，有很多問題是陸上沒有問題的，如果這些問題考慮不好的話后患無窮。做好了觀測就是可研，現在發現，有的可研做得很到位，有的就相對粗一些。最后一個問題你把機組選對了就OK了，就可以做下去。

 

　　另外一個就是施工的問題，施工的問題我是在做可研的時候，往往碰到說我們的施工表捱著往下排，實際上有些事在一個時段內是不可做的，因為風和浪不對的話規劃也白規劃，如果計劃排的不合理，到時候船出不了海，這個錢就花了海了去了，所以這個差別就在這里。

 

　　最后一個就是說你做的時候，真正到了施工期的時候和運維期的時候，聽天氣預報，聽氣候預報，氣候預報可以預報一個季度的今年的風況，它只是一個大致的趨勢，說今年的風比往年要偏大，天氣預報是臨近的1-3天是最好的，1-7天是比較穩，7天以后就是這個出入就比較大，但是對你安排工期來講還是要聯合起來的。

 

　　首先我在講的時候必講這兩張圖，就是大家要搞清楚我們海上的風到底是怎么來的，冬季它是一個在北風，在環渤海可能是偏西北風，到東海的時候差不多偏西風，轉過來的時候到南海基本上是偏東北風，偏東風。夏季風的時候風是從南半球過來的，它都是偏南風，當然各個海區偏的不一樣，相對來講夏季的風要小一點。有一種觀點說因為有臺風所以夏天怎么樣，實際上臺風來了最長可以發個五六天的臺風來之前或者臺風過后風大的時候可以利用這個7天很好的法定，但是一個月不可能天天來臺風，所以夏季的風其實還是靠穩定的夏季風，副高邊緣的南半球那樣過來的風，這個大家都明白。

 

　　我們現在作為我們氣象系統來講，我能拿到的數據，我所掌握的還有風電界能使用的數據，包括測風塔大家都不用說了，搞風電的人最熟悉測風塔。海上實用平臺我們是南海和北部灣他們也很多數據，實際上如果做風電開發的話，離他們如果相對近的話，可以想辦法聯系他們獲取他們的數據，他們一個平臺上去，從前期的觀測到平臺的運行都有數據，可以做一個相對長時間的比較好的參考。這個就是浮標，浮標是海洋局放的最多，如果你了解一下海洋局，海洋局在你這個附近有浮標的話，可以去用他的資料，這對海洋局來說是很好的數據。氣象局從北到南一共放了38個浮標，但是由于浮標的管理很容易出問題，出問題要拉回去，修完了再拉回來，所以他的浮標資料就不像我們氣象局來說就是一下去就是連續不停的。這邊就是他們現在常見的海上打一個小平臺放一個雷達在上面，現在又出來一個浮標上面放的激光雷達，這里面就是如果你選擇這樣的觀測方式，兩個事要特別注意，第一個因為浮標就是一個浪的，要搖擺的，你要盯它的這種相當于減少搖擺它采取了什么樣的措施，這個很重要，如果他措施不到位的話，那個資料是不穩定的，這是第一個。第二個就是說如果是激光的話，我們現在多半都是激光的，下雨大的時候數據會不太準，所以兩個問題你要盯著。第三個這個波浪滑翔器，在上面可以放測風設備，下面放浪的設備，這個就是可以遙控的，相當于風電場要做短期觀測的話，你搞一個，完了以后遙控這么走段面，這都是短期的。最長期的我們依靠的是船舶，這個是所有的相傳全球的世界氣象組WMO要求所有在海上航行的大型的商船要觀測，因為你要保證你的安全，不告訴那個地方的天氣怎么樣，他很難掌握你的狀況。所以這個是從1887年就開始有數據積累下來，但前面來說很少，沒多少船，從1960年以后，海上的船舶資料就多起來了，這是一個非常重要的來源，我的第一張圖就是靠這張圖做出來的，還上的風的分布。

 

　　另外一個是衛星，衛星我們國家是從1912年正式上天的能用的海洋局放的海洋2，氣象局放的風云2，氣象局只有風沒有浪，海洋局是有浪，全球的其他國家美國、歐盟他們放了很多衛星上去，它的原理是衛星在天上往下打激光束，打下來之后海面是一個不平的，它靠打下來的信號反射上去，靠修的海面不平的這種信號來反演出風和浪，大概最早成型的數據是1999年開始，后面我的數據就是從1999年開始做了一些東西，我在這里說清楚了，后面就是一閃而過給大家看看資料和圖就可以了。

 

　　這就是我剛才說的船，航線上的紅的特別密的是那么多的船肯定是可信的，那么多年那么積累下來的。但是它都不是海平面，都是大概隨著商船的發展越來越高，越來越大，原來的11年、21年，現在都有30幾米上到觀測高度了，所以這個現在要有很多處理方式去處理它。

 

　　這個就是我剛才講的衛星，衛星它是這樣一圈一圈的轉，這是軌道，一條一條的軌道，這個就是一條軌道下來的風的資料，我們處理就是把每一天每一條軌道處理出來，完了以后合到一起來做事情。這是我們做的一個1999年-2017年，這只有三顆星，其它的星還沒有加進來。這三顆星如果是懂點氣象的或者用過這個數據的，這是美國的，后面的是美國和歐盟兩家合起來做的，一共是三顆星，但實踐不統一。中間只有一年的重疊時間，我們利用這一年的重疊時間和所有的中國的國外的浮標，把它標定到一起合成了三顆星是有差別的，因為搭載的儀器有差別，所以把它標在一起。

 

　　所以這張圖大家就看到了，關注杭州灣那塊主要是島嶼地，那塊我還沒有處理干凈，不可能有這么大。現在大家腦袋都有印象了，肯定是福建最好了，福建兩頭連上去，最不好的是北部灣，所以我把這張圖說下來就是我們無論是主機廠，無論是開發商，你都需要知道哪塊的風好，還有設計院，設計院要做好規劃，規劃靠什么來？風資源是你規劃的第一步，你看什么地方的風好，選好了之后那么你再去把不可建設的那些因素都踢掉，剩下的才是你可開發的區域。

 

　　這是一個資源，你掌握了資源大概的情況就有了，在一段距離里面到底是5.5還是5.7，自己做觀測的事，具體是看小數點的事。另外一個問題也很重要，一個是資源好，另外一個風險少，這個風險少其實我們海上引起大風的天氣系統，臺風是首要的，那兩個充其量給你搞個八級風、九級風、十級風了不起，在后面的十級風以上的就是臺風，所以我們的關注點，我的關注點全在臺風上，前面10月中旬的我專門講到臺風，這里我就一帶而過。這四個風場毀滅性的，而且都是強臺風和超強臺風，大家聽到的時候就要小心對待，凡是毀滅性的都是它。不是毀滅性的那些都是強臺風，你個別的一兩臺倒其實大家千萬不要覺得倒風機就怎么樣，不代表你倒了風機那個風機就不好，我今天講不了那么多，地形你選的不好，那臺風機的位置不對你就必倒無疑。大家別覺得誰倒了臺風就怎么著了，不怕你倒了這臺風機。

 

　　這個很簡單的給大家看一下，一個級重點，你的風場如果選在這里你要小心了，這是臺風以上的我只是告訴你哪個地方最多，越紅臺風越多，從這兒走的地方越多。我關鍵是關注這張圖和這張圖，這是超強臺風，我說了毀滅性的都是出在這里，桑美，這個就是送走了的那個臺風，這個就是2003年和2013年的黃海灣，那邊上來的路就是別的了，就是威馬遜，所以我們每一個超強臺風來了，你千萬千萬小心。我在這里說的話是什么呢？你如果選的風場在這幾個地方，千萬別不在乎說我能扛過去，有時候真的抗不過去，風強超過50秒米真是扛不住的。但是有一點我要告訴大家，最簡單的例子，葉片掉到海里去了。我們國家現在很多研究院和大學都有水槽，你可以去做一個，多少的你就扛不了，我了解很多大學都能做這個浪的實驗。

 

　　這是一張表，最上面的也就是我說德惠滅性的那幾個，所以也是提醒大家下面幾句話，大家關注了，也就是從2006年每一個臺風我都到了現場，從2006年開始超強臺風75%對風場都造成了危害，強臺風43%，臺風也會40%會給你造成雖然不是毀滅性的，但是里面會倒個別的，這都是可以的。

 

　　下面提醒一下海上的風險到底有多大，我前面做的是陸上的，現在怎么做？因為這個是海上的是一個圓對稱的，這個是靠近陸地是個非對稱的，所以我們關注是靠近陸地的非對稱的，就用了一個臺風模型去算，這個我們可以用數字模型去算，算出來這就是這張圖我算出來50年一遇的風的分布，大家看這張圖，關注這張圖，這張圖就是這個地方畫的不是太好，畫圖的學生沒畫好，這個應該往里補一補，我現在這張圖就得重新做，重新算，也就是說福建的風最好，相對而言它的風險不是說沒有，沒那么大。你看中間就行了，是個黃顏色的，所以福建是很慶幸的一件事情。但是有一個問題就是我前面說了，那個臺風因為是這樣上去的，朝著廈門過去。今年的瑪麗亞是不登錄臺灣，直接拐個彎往下拐，這個也是很糟糕的，也是會造成一定的麻煩。

 

　　后面就是講一下浪，這個就快一點過一下。浪的問題其實這張圖因為我們還正在研究，這張圖是衛星資料做的，衛星資料到了一定的程度就卡了一定的上限，這就是所謂的平均波高，有限波高，這張圖差不多，不會有什么大的改變，跟我們做了50年的氣候圖紙是一樣的。其實作為近海來講，福建這個地方的浪還是蠻高的，因為風大浪大。大家關注了這張圖50年一遇并不大，跟前面我講了風是一樣的，因為它沒有臺風過去，沒有什么的話，所以它的浪50年一遇不像它的分布是不一樣的，那個是靠常年的浪是大的，你平均下來它就大了。

 

　　這個就是看幾個季節，我給出這套圖就是供大家安排工期的時候自然知道，其實現在做海上的大家都知道了什么季節該干什么事，這個就是給你明確看到一下春夏秋冬是一個什么樣的狀態，你如果在海上是改不了工期的，不像陸地一樣的，冬天生火烤著也能挖出來那塊地，在海上無論如何也干不了這個事。工期的安排決定你施工是不是順利，這是真的設計院和業主要動腦子的。

 

　　這是一個非常好的條件，顏色越淺它的頻率越小，顏色越深它出現的頻率越高，所以這就是看你什么時候在什么地方，這種特別好的，1.38米多大的打樁的錘打下去，超過多少米樁就會偏，一偏就不好了，所以這就看你的時間，本來是四季都有。

 

　　我們現在正在準備做的一件事就是準備做到汛（音），做到汛以后大家參考價值就更大了，所以所有風和狼都準備做到汛就更有用。這個就屬于大了。浪很大的這種時候肯定什么也干不了，這種區域顏色很深的話那你就很難做事情的。

 

　　基本上我想說的事差不多說完了，這一個是提醒只有兩張片子，就是說現在很嚴重的一個問題，按道理來講現在大家都在講，特別是今年那個會上好幾個報告都在講一體化設計，你是機組到最后50年一遇的時候，最大的載荷計算是聯系計算，你沒有觀測怎么聯合，知道這個海區怎么去聯合？所以就是我前面一開場的時候說的那句話，觀測時風和浪要同時向，這個時候風和浪都有數據才可以聯合，沒數據拍腦袋拍不好的。

 

　　我給大家看的這三張圖是今年的瑪麗亞，很榮幸我拿到了三個浮標站的有風有浪，那個標志我就不寫了。最明顯的這邊這張圖就看到XX的是風向，最上面的那個是風速，大家關注的一個問題就是我們做載荷最后一體化計算的時候是五十年一遇的風，五十年一遇的浪，還有五十年一遇的潮位疊加到一起的，如果沒有大風的時候你看那個浪和風差不多，風不大的時候只有五六秒米，你看看到十秒米以上，特別是到了二三十秒米以上，那個風和浪就不是一個關系了。這里我想說一個事，就是說這一張圖是最南邊的，在海峽的南口有一個浮標，這個浮標是離臺風中心很遠，你看它的浪就比較平穩。你看那個浪，這不是一個概念的，最大的一個浪到16米，這個才有多少？這個才2.5米，所以這種關系和你平常寒潮來了不是一回事。所以我再提醒一句，重視風和浪的同步觀測，而且我提醒設計院你做可研的時候，如果你這里沒碰到一個臺風，千方百計想辦法去搜集別的資料來，對海上來講風和浪的有效關系不僅僅是這一個海區，當然如果你靠海邊很近，那里有特殊的海灣，特殊的那種不影響那是不一樣的，如果是稍微遠一點的話，這種關系還是應該盡量的多多搜集。

 

　　后面這個不講了，這個問題就關于風電場的臺風專項，因為在風能雜志上有一個相當于知識講座的東西，我寫過那個東西，基本上大致內容在里面。而且隨著我對臺風的認識，主要是我對工程的認識，有些設計院，有些氣象局做臺風專項的時候我會不斷地提建議，所以這個臺風專項做得越來越全，越來越好，我相信我們隨著認識的加深還會越來越改進，這一塊就不講了，如果想講的話我是想到廣州去講去，那里更是有臺風的事，臺風更得做到位，不做到位事就更大了，投資不得了，做小了就不安全。謝謝大家！

 

　　（發言整理自現場速記，未經本人審核）