杨正瓴 天津大学 电气自动化与信息工程学院，天津 300072 

今后一百到两百年时间，风能是我国东南沿海首选的本地可再生能源。直观地说：太阳能，解决照明与通讯需要的电能；风能，提供做饭、取暖、制冷等居民吃住的电力。我国东部、东南部的太阳能和风能，基本上应该可以满足该区域居民的基本生活用电。风电利用的两个关键技术是：风的空间相关性预报，以及低风速发电。^[1-3]

工业生产等，还是要考虑核电的必要性。

一、我国东南沿海区域的风能利用设想

图1. 百度地图截图：我国东南沿海有许多近海岛屿

2.1 沿着海岸线建立风电群

特别是近海风电：

（1）能量大。海面上风大；进入陆地后明显减小。

（2）沿海风电，特别是东南沿海的近海岛屿，基本上不争地（不与农业、渔业/养殖业等争用耕地或海面）。

2.2 小风（低风速）的发电

在3~12m/s以外的风速下，设计小风（低风速）风力发电机。

小风（低风速）风机，增大叶片面积，缩短叶片长度。重点是降低叶片等旋转部件的机械转动惯量。叶片向大蒲扇靠近。低风速风机的叶片要变短变宽，从飞机机翼的“窄尖”形状，向帆船风帆“短宽”的形状变化。以期降低机械转动惯量，并增大实际的迎风面积（提高扫风的效率）。^[4-6]

现有叶片的设计理论是风机的机翼，受风面积偏小，使得功率曲线往往不到风速的三次方。

2.3 大风的发电

在3~12m/s以外的风速下，设计大风（台风）风力发电机。

（1）大风时，现有风机的叶片变短、变窄，减小刚度（增加弹性变形能力）。

（2）大风时，利用卡门涡街的新型风机。

当风速较大时，改进现有的卡门涡街发电。^[7]

当风速更大时，直接利用板振发电：不是利用卡门涡街后部的风振动，而是直接利用阻杆bluff自身的振动或摆动。研制专用的弧线发电机，可能效率更高。弧线发电机：定子呈弧线状。实际上是常见旋转发电机中取出的一个片段。用于卡门涡街驱动的风电，特别是直接板振发电。

此外当前已有新闻报道：日本工程师清水淳（Atsushi Shimizu）已经研制出了利用台风的特殊风力发电机。^[8]

和常规风机配合使用，可以在“小风”、“中风”、“大风”、“灾害性大风”条件，都能利用风能。保持风电的不间断供给。

利用季风的空间相关性^[1,2]，可以可靠地提高风电的预测准确性和可靠性。有风可用，而且风电预测准确，是我国季风区沿海（尤其是海上风电）得天独厚的能源优势！

我国东部沿海，特别是近海岛屿，有风！而且南部区域午后风大。不是明显的风电出力与用电负荷之间的“反调峰”。^[9]

2.4 抽水蓄能。利用潮汐的涨潮，间接利用潮汐能

建议建立“抽水蓄能电站”。风、水配合，实现更高可靠性的电力供应。抽水蓄能抽水时，可以在一定程度上利用潮汐中的高潮，实现“潮汐能”的间接利用。^[10]

2.5 环境保护友好

我国东南沿海具有较为丰富的近海岛屿，这是我国近海风电开发（以及进行“抽水蓄能”）的重要有利自然条件。

二、目的

东部沿特别是东南部沿海的风电和抽水蓄能建议，目的是：为我国东南部沿海区域，提供基本的本地可再生清洁低碳能源。保证居民的基本生活。增加综合能源安全性。有可能替换掉部分核电站。

利用季风的空间相关性预报，具有较高的可靠性和准确性。建议采用该区域的网格式空间相关性预报物联网。结合低风速风电，台风发电等，有可能实现风电的“不间断”供电。

参考资料：

[1] 杨正瓴，冯勇，熊定方，杨钊，张玺，张军．基于季风特性改进风电功率预测的研究展望（Research prospects of improvement in wind power forecasting based on characteristics of monsoons）[J]．智能电网（Smart Grid）, 2015, 3(1): 1-7.

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZNDW201501001.htm

http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/zndw201501001

[2] 杨正瓴, 刘仍祥, 李真真. 基于季风和大气压分布的我国风电功率预测研究[J]. 分布式能源, 2018, 3(2): 29-38.

YANG Zhengling, LIU Rengxiang, LI Zhenzhen. Survey on china wind power prediction based on monsoons and atmospheric pressure distribution[J]. Distributed Energy, 2018, 3(2): 29-38.

http://der.tsinghuajournals.com/CN/10.16513/j.cnki.10-1427/tk.2018.02.005

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-FBNY201802005.htm

[3] 乔颖，鲁宗相，闵勇．提高风电功率预测精度的方法[J]．电网技术，2017，41(10)：3261-3269．

[4] 杨正瓴，2019-12-13，低风速风机：“变形”叶片[EB/OL]，中国科学院科学智慧火花

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=72032

[5] 杨正瓴，2020-03-04，仿生：提高风机叶片性能的一些设想[EB/OL]，中国科学院科学智慧火花

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=73425

[6] 杨正瓴，2016-02-24，计及风力发电机机械惯性的更精确“风速-功率”关系[EB/OL]，中国科学院科学智慧火花

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=45013

[7] Hai-Dang Tam Nguyen, Huy-Tuan Pham, Dung-An Wang. A miniature pneumatic energy generator using Karman vortex street [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2013, 116: 40-48.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610513000524

[8] 搜狐，2018-09-19，史上最坚强的发电机，能挡12级台风，发一次电够日本用50年！[EB/OL]

https://www.sohu.com/a/254619381_99982724

[9] National Renewable Energy Laboratory，2002-11，Wind energy resource atlas of southeast China [R]，B-41.

[10] The Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 2017-08-10, 25 years of global sea level data, and counting [EB/OL]

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6915