區(qū)域風(fēng)電規(guī)劃與建設(shè)環(huán)境決策方法學(xué)研究--以遼寧省為例.pdf

1、風(fēng)能資源作為最具有發(fā)展前景的新型可再生清潔能源之一，受到世界的廣泛關(guān)注。近年來，風(fēng)能資源開發(fā)進(jìn)入了飛速發(fā)展階段，但風(fēng)電場建設(shè)的無序開發(fā)而引發(fā)的生態(tài)破壞和環(huán)境問題日益突出，已然成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)。風(fēng)能資源開發(fā)涉及風(fēng)資源數(shù)值模擬、選址和環(huán)境效益等多方面的綜合性環(huán)境決策問題。因此，如何更為準(zhǔn)確的預(yù)測區(qū)域性的風(fēng)能資源分布與可開發(fā)量，如何評(píng)價(jià)風(fēng)電場選址適宜性，如何分析生命周期尺度下的風(fēng)能資源開發(fā)環(huán)境效益，是風(fēng)電規(guī)劃與建設(shè)環(huán)境決策方法中需要解決

2、的重要問題。針對(duì)上述問題，論文以遼寧省為研究案例，系統(tǒng)地開展了區(qū)域風(fēng)電規(guī)劃與建設(shè)的環(huán)境決策方法學(xué)研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)建立采用中尺度天氣研究與預(yù)報(bào)系統(tǒng)(The Weather Research and Forecasting Model，WRF)和計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)結(jié)合的區(qū)域風(fēng)能資源預(yù)測方法。引入中尺度天氣研究與預(yù)報(bào)系統(tǒng)(WRF)，對(duì)遼寧省域的3km

3、×3km精度下的年平均風(fēng)速進(jìn)行了數(shù)值模擬，以此作為邊界輸入條件，基于雷諾時(shí)均方程(Reynolds-Averaged Navier-Stokes，RANS)和重整化群湍流模型(Renormalization Group，RNG k-ε)進(jìn)行復(fù)雜地形下CFD建模，獲得研究區(qū)域的1km×1km精度下的年平均風(fēng)速結(jié)果和空間分布;并通過風(fēng)速與風(fēng)功率密度轉(zhuǎn)換公式獲得區(qū)域風(fēng)功率密度;將結(jié)果應(yīng)用到遼寧省風(fēng)能資源儲(chǔ)量及技術(shù)開發(fā)量分析中，獲得區(qū)域不同高度

4、下風(fēng)能資源儲(chǔ)量、技術(shù)開發(fā)量及其空間分布特征。研究發(fā)現(xiàn)遼寧省陸域10m和70m高度風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量分別為8666MW和593346MW;高風(fēng)能區(qū)域主要集中在環(huán)渤海灘涂地區(qū)及岸線、遼西北高山地區(qū)、遼東長白山余脈主山梁地區(qū)高山地區(qū)以及遼寧中部平原地區(qū)。
　　(2)提出基于有序加權(quán)平均(Ordered Weighted Average，OWA)和地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)集成的方法

5、評(píng)價(jià)風(fēng)能資源開發(fā)選址適宜性。從生態(tài)、環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)三個(gè)層次建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，準(zhǔn)則層由“生態(tài)特征”、“社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征”和“社會(huì)環(huán)境特征”3個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成，指標(biāo)層由“自然保護(hù)區(qū)敏感性”、“生態(tài)服務(wù)價(jià)值量”、“風(fēng)能資源分布”、“大氣環(huán)境污染指數(shù)”等26個(gè)三級(jí)指標(biāo)構(gòu)成;通過層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)確定相關(guān)指標(biāo)準(zhǔn)則權(quán)重，并選擇模糊量化的方式來得出指標(biāo)次序權(quán)重;引入有序加權(quán)平均(OWA)，并結(jié)合地理信

6、息系統(tǒng)(GIS)構(gòu)建區(qū)域適宜性分析方法框架。利用此方法對(duì)遼寧省區(qū)域風(fēng)能開發(fā)的適宜性分析，得到不同決策下風(fēng)能利用適宜性的空間分布特征;結(jié)合區(qū)域風(fēng)能預(yù)測的研究結(jié)果，分析得到不同適宜等級(jí)下的風(fēng)能可開發(fā)量。研究發(fā)現(xiàn)，受開發(fā)選址適宜性限制，遼寧省可開發(fā)的風(fēng)能資源為僅占儲(chǔ)量的8.63％，主要分布在環(huán)渤海的葫蘆島、錦州和營口灘涂地區(qū)及岸線、西北部的阜新和朝陽地區(qū)、東部的丹東高山地區(qū)以及中部的沈陽、鐵嶺和鞍山平原地區(qū)。
　　(3)基于LCA和DG

7、M(2，1)的風(fēng)能資源開發(fā)的環(huán)境效益情景分析。基于LCA分析了典型風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)制造、運(yùn)輸、風(fēng)電場建設(shè)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行與維護(hù)和風(fēng)機(jī)拆除與回收利用過程中能耗和二氧化硫、氮氧化物、煙塵和溫室氣體等關(guān)鍵環(huán)境氣體污染物的排放特征;并基于風(fēng)電場發(fā)電量預(yù)測、總能耗與總排放強(qiáng)度分析風(fēng)能資源的污染物減排的環(huán)境效益;基于歷史數(shù)據(jù)利用DGM(2，1)模型預(yù)測2016～2025年遼寧省風(fēng)電裝機(jī)容量;在此基礎(chǔ)上，獲得遼寧省區(qū)域2016～2025風(fēng)能資源開發(fā)的污染物減排

8、的環(huán)境效益。通過研究發(fā)現(xiàn)，2025年遼寧省風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到37311MW，預(yù)測年可節(jié)約標(biāo)煤231萬噸，相應(yīng)減排二氧化硫1.31萬噸，減排氮氧化物1.87萬噸，減排煙塵0.522萬噸，溫室氣體減排量為1360萬噸。
　　本研究針對(duì)區(qū)域風(fēng)電規(guī)劃與建設(shè)的環(huán)境決策過程進(jìn)行了有益探索，研究方法主要包括風(fēng)資源數(shù)值模擬方法、選址適宜性評(píng)價(jià)方法、環(huán)境效益評(píng)價(jià)方法和能源發(fā)展預(yù)測方法等，研究工具包括中尺度數(shù)值模式、計(jì)算流體力學(xué)、有序加權(quán)平均算子、地