近日，南方科技大学环境科学与工程学院副教授曾振中团队在能源领域国际知名期刊Applied Energy上发表题为“Spatiotemporal variation of power law exponent on the use of wind energy”的论文。该论文深入分析了风廓线幂律指数在全球尺度下的时空分布特征，为全球风能潜力评估提供更准确的参考。

风能是一种可替代传统化石燃料的清洁能源，正迅速发展。根据IPCC第六次报告，预计到2050年，风能发电将占全球总电力需求的三分之一。因此，使用风速数据准确地评估风能对于全球风能产业至关重要。目前风机的运行高度通常在50至150米，而大多数风速数据为10米高度。在风能相关研究中，经常需要将10米风速外推到风机高度的风速来进行计算。为减小计算资源并且能够灵活获得风机高度范围内任何高度的风速，许多研究会使用符合大气边界层内风速垂直分布规律及简便使用的风廓线幂律公式来进行风速的外推。

在过去许多使用风廓线幂律外推风速的研究中，风廓线幂律的指数经常被设定为恒为1/7（0.1429）或是根据有限的站点数据计算参考值，此类情况将使风机高度的风速计算产生偏差，从而给风能的评估带来误差影响。近年来，尽管已有许多使用各种风速资料探究风廓线幂律指数的时空分布特征来减小风能评估误差的相关研究，但均具有区域和时间跨度上的局限性。

本研究首次将再分析资料与测风塔测量数据结合，使用1980-2022年间全球逐小时的再分析风速数据与位于我国境内8个测风塔测量得出的不同高度高频风速数据，分析了风廓线幂律指数的全球时空分布特征。研究发现，风廓线幂律指数在全球海陆中具有明显的海陆差异和地形差异（图1），这主要是受地表粗糙度影响。

图1 全球海陆43年逐小时平均的风廓线幂律指数值

研究结果显示，全球风机市场前十大国家的平均值均在0.18至0.25之间，全球海洋平均值为0.07。这意味着如果统一使用1/7值，全球陆上风资源将被整体低估7%左右，而海上风资源被整体高估19%左右。除空间差异外，风廓线指数也在日夜变化、月际变化、年际振荡和趋势上出现了不同程度的时间差异。本研究还使用测风塔数据验证了全球分析的结果（图2），在保证风廓线指数计算结果可靠性的同时，也验证了风廓线在山地等复杂地形中的特殊性。

图2 测风塔数据与ERA5再分析数据计算结果的关系

随着陆上风场的不断开发与海上风场的崛起，本研究提供的全球风廓线幂律指数数据在时空差异方面，将对全球风能的整体评估起到更加显著的参考价值。

该论文第一作者为南方科技大学2020级本科生杨欣荣，南方科技大学环境科学与工程学院副教授曾振中、研究助理教授徐荣嵘，中山大学副教授蔡锡填为论文的通讯作者，南方科技大学为论文第一单位。该研究成果得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金和南方科技大学启动基金的联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.122441

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：孟珍

主图：丘妍

图片素材：叶凡

编辑：任奕霏