【高校科研前沿】中国科学院地理资源所钟帅副研究员研究组博士生朱屹东为一作在Top期刊发文:从潜力到利用:探索西藏风能资源开发的技术路径优化布局

01 文章简介

论文名称From potential to utilization: Exploring the optimal layout with the technical path of wind resource development in Tibet(从潜力到利用:探索西藏风能资源开发的技术路径优化布局)

文章发表期刊:Energy Conversion and Manage-ment》(中科院1区Top期刊|最新影响因子:10.4)

第一作者及通讯作者:朱屹东(博士生);钟帅(副研究员)

第一作者及通讯作者单位:中国科学院地理科学与资源研究所

期刊平均审稿速度:3.1周(参考)

02 研究内容

        风能是目前实现能源转型的重要途径之一。位于青藏高原的西藏自治区具有丰富的风能资源,但受限于高海拔和复杂地形,风电开发相对滞后。目前对高原风电的研究相对较少,特别是缺乏对西藏风电的综合评估。现有研究主要关注风电的资源开发的资源和技术潜力,忽略了地形、人口分布等因素的影响。本研究在评估风电技术潜力的同时,系统识别了地形、土地利用、人口分布等制约因素对风电开发的影响效应。

        本研究针对高原地区地处偏远、自然环境复杂、观测点及相关设施缺乏、数据不全等问题,将地理信息系统建模、风机特性和西藏风速数据相结合,设计了一套实用的高原综合风能评估方法,并应用于评估西藏当地风能的技术经济潜力。首先是技术潜力评估,集成地理因素和技术参数信息构建专属数据集,其中地理因素包括土地利用、坡度和海拔等,技术参数术因素如涡轮机特性和阵列布置。利用专属数据集和五参数逻辑斯蒂分析方法,拟合了西藏地区平均风速与风机输出功率之间的关系,估计当地风资源的技术潜力。发现在设定两个阵列下,西藏地区风机输出功率的技术潜力分别为153.7 kMW和215.8 kMW。然后是经济潜力估计,考虑涡轮机规格、海拔高度等因素影响成本,结果显示目前西藏风力发电站成本较高,需要相应政策扶持和未来超高海拔风电技术发展支持。再次是可行性分析,考虑了社会、经济、交通便利性等因素,结果显示目前地形要素是对西藏风力发电站建设的影响最大的因素。

        在此基础上,本研究开展了西藏风能技术-经济-资源的区域协调分析。结果表明,西藏风电热点区主要分布在阿里、那曲和日喀则等地区,而且山南和昌都也有可开发热点。兼具经济和技术优势的地区集中在冈底斯山脉北侧、江孜-德格和林芝-唐古拉山脉的怒江流域,而昆仑山脉和横断山脉之间的部分区域存在资源-技术-经济不匹配问题,需要政府适当补贴。主要的技术可开发潜力集中在平均风速4-10米/秒范围的对应地区,其开发成本估计在0.1$/kWh至0.5$/kWh。

        本研究为政府相关部门制定西藏风电发展规划提供了科学依据,有助于风电项目的合理布局规划,协调多种能源发展,并识别出需要政策支持的地区。例如,政府可以参考本研究结果,重点开发阿里、那曲和日喀则等风电热点区域,并对存在技术经济不匹配的区域提供政策补贴,促进风电项目的建设。

        本研究对于有意在高原开发风电的企业也具有一定的借鉴意义。主要包括以下三个方面: 

        (1)选址建议,研究指出了西藏的风电技术潜力热点区域,为潜在风电项目提供了选址建议,特别是在阿里、那曲和日喀则等地区;

        (2)风电项目可行性评估:识别自然因素对风电站建设的影响权重,为潜在风电项目提供了可行性评估的参考,如地形、人口密度、经济发展水平等关键因素;

        (3)技术经济指标及未来发展方向:刻画西藏风电的技术潜力范围、经济潜力范围,以及资源-技术-经济的匹配关系,有助于支持潜在风电项目的技术方案和投资预算。

        本研究成果近期发表于工程领域的top期刊《Energy Conversion and Management》(IF:10.4),第一作者为博士生朱屹东,通讯作者为钟帅副研究员。合作研究人员包括中国科学院地理资源所的沈镭研究员,赵建安研究员和李德龙助理研究员。本研究得到科技部基础专项“第二次青藏高原综合科学考察研究”子专题“青藏高原工矿业绿色发展途径”,以及“第三次新疆综合科学考察项目”子课题和国家自然科学基金面上项目等资助。    

   同时,本研究基于数据、算法及模型的进展,设计了一种基于多源数据融合的风能潜力评估方法,申报并获得了发明专利认证(专利号:ZL202310830012.6)。

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图1|西藏风能潜力评价系统的简化示意图,描述了输入数据、过程

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图2|西藏风能潜力评价系统流程图

03 文章引用

文献信息:Yidong Zhu;Shuai Zhong;Lei Shen;Delong Li;Jian'an Zhao;Xiaoyang Hou;From potential to utilization: Exploring the optimal layout with the technical path of wind resource development in Tibet,Energy Conversion and Management,2024,304: 118231

专利信息:朱屹东,钟帅,沈镭. 一种基于多源数据融合的风能潜力评估方法. 发明专利,专利号:ZL 202310830012.6.

信息来源:中国科学院地理科学与资源研究所官网

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