基于多輻射數(shù)據(jù)源的復(fù)雜山地光伏資源評(píng)估

王彬?yàn)I 黃博文 劉海坤 楊富程

摘 ?要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源的需求與日俱增，以煤炭、石油為主要能量來(lái)源的傳統(tǒng)發(fā)電模式正面臨資源緊缺、氣候變暖以及環(huán)境污染等一系列問(wèn)題，“BP Statistical Review of World Energy ”于2016年6月發(fā)布了2015年中國(guó)一次能源消費(fèi)總量構(gòu)成的最新數(shù)據(jù)。以太陽(yáng)能、風(fēng)能為代表的可再生能源的開發(fā)和利用逐漸成為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)源;復(fù)雜山地;光資源

引言：太陽(yáng)能是一種清潔無(wú)污染、可再生、資源量最大、分布最為廣泛的能源。日地平均距離約1.5億km，太陽(yáng)輻射達(dá)到大氣層頂?shù)哪芰考s為其總輻射能量的22億分之一，輻射強(qiáng)度約173000TW。太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層時(shí)，約20%被大氣吸收，30%被地面和大氣反射到宇宙空間，約50%到達(dá)地球表面。盡管如此，其總量仍非常巨大，經(jīng)換算太陽(yáng)每秒鐘照射到地球表面的能量相當(dāng)于500萬(wàn)噸標(biāo)煤;每年到達(dá)地球表面太陽(yáng)輻射能相當(dāng)于130萬(wàn)億噸標(biāo)煤，是目前全球能源需求的10000倍以上，其中在北非、東非、中東、大洋洲、中南美洲等赤道附近地區(qū)太陽(yáng)資源尤為豐富。我國(guó)太陽(yáng)能資源也十分豐富，據(jù)估算我國(guó)的陸地表面每年接收的太陽(yáng)輻射約為14700萬(wàn)億千瓦時(shí)，相當(dāng)于4.9萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。按地域劃分，我國(guó)除了四川盆地的太陽(yáng)能資源一般外，其他地區(qū)都為太陽(yáng)資源豐富區(qū)及以上，尤其是青藏高原地區(qū)、新疆東南部、內(nèi)蒙古西部、甘肅西部地區(qū)等為太陽(yáng)能資源最為豐富區(qū)或很豐富區(qū)。

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，全世界大部分地區(qū)能源消耗成倍增加，氣候變化明顯，隨之而來(lái)的是一系列環(huán)境問(wèn)題，太陽(yáng)能等清潔能源的開發(fā)利用越來(lái)越受到關(guān)注。據(jù)世界能源委員會(huì)的研究報(bào)告稱，到21世紀(jì)下半葉，太陽(yáng)能將成為能源利用中非常重要的一種。光伏發(fā)電是目前太陽(yáng)能利用中技術(shù)較成熟的一種太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，具有不消耗燃料、不排放污染物、規(guī)模靈活、安全可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電將是今后太陽(yáng)能利用的主要利用形式，有離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種形式，而并網(wǎng)光伏發(fā)電是目前乃至將來(lái)的主流趨勢(shì)。目前歐美國(guó)家的太陽(yáng)能光伏發(fā)電早已完成初期開發(fā)和示范階段，正朝著大批量生產(chǎn)和規(guī)模應(yīng)用的方向發(fā)展。

一、工程項(xiàng)目概況

光伏電站場(chǎng)地用地類型主要為一般農(nóng)田、荒地。光伏組件主要分布在山體斜坡上，地形主要表現(xiàn)為褶皺、侵蝕構(gòu)造，以低山和中低山為主，場(chǎng)地主要由緩坡、斜坡組成，坡度5～35°，部分山坡坡度略大。規(guī)劃裝機(jī)容量100MW。

二、區(qū)域太陽(yáng)資源概況

我國(guó)是太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家，全國(guó)年總輻射量在3340MJ/m2～8400MJ/m2年之間。全國(guó)總面積2/3以上地區(qū)年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)，與同緯度的其它國(guó)家相比，和美國(guó)類似，比歐洲、日本優(yōu)越得多。我國(guó)西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古高原的總輻射量和日照時(shí)數(shù)均為全國(guó)最高，屬世界太陽(yáng)能資源豐富地區(qū)之一。

根據(jù)《太陽(yáng)能資源評(píng)估方法》（QX/T 89-2008），以太陽(yáng)能總輻射的年總量為指標(biāo)，對(duì)太陽(yáng)能的豐富程度劃分為4個(gè)等級(jí)。

新疆東南邊緣、西藏大部、青海中西部、甘肅河西走廊西部、內(nèi)蒙古阿拉善高原及其以西地區(qū)構(gòu)成了太陽(yáng)能資源“最豐富帶”，西藏南部和青海格爾木地區(qū)是兩個(gè)高值中心;新疆大部分地區(qū)、西藏東部、云南大部、青海東部、四川盆地以西、甘肅中東部、寧夏全部、陜西北部、山西北部、河北西北部、內(nèi)蒙古中東部至錫林浩特和赤峰一帶是我國(guó)太陽(yáng)能資源“很豐富帶”;中東部和東北的大部分地區(qū)都屬于太陽(yáng)能資源的“較豐富帶”;只有以四川盆地為中心，四川省東部、重慶全部、貴州大部、湖南西部等地區(qū)屬于太陽(yáng)能資源的“一般帶”。

重慶市位于中國(guó)內(nèi)陸西南部、長(zhǎng)江上游，四川盆地東部邊緣，地跨東經(jīng)105°11′～110°11′、北緯28°10′～32°13′之間的青藏高原與長(zhǎng)江中下游平原的過(guò)渡地帶。地界東臨湖北省、湖南省，南接貴州省，西靠四川省，北連陜西省。轄區(qū)東西長(zhǎng)470km，南北寬450km，轄區(qū)總面積8.24萬(wàn)km2，其中主城區(qū)建成面積為647.78km2。重慶平均海拔為400m，重慶市最高峰為巫溪縣東部邊緣的界梁山主峰陰條嶺，海拔2796.8m。

重慶市總輻射量在空間上具有顯著的分布特征?？傮w表現(xiàn)為一個(gè)高值區(qū)，一個(gè)次高值區(qū)和兩個(gè)低值區(qū)。高值區(qū)在重慶市的東北部，主要分布在巫溪縣、巫山縣、奉節(jié)縣以及云陽(yáng)縣的大部分地區(qū)，總輻射值范圍在4100～4600MJ/m2;次高值區(qū)為重慶市的中部地區(qū)和東南部的部分地區(qū)，主要分布在萬(wàn)州區(qū)、梁平縣、墊江縣、涪陵區(qū)以及秀山縣的大部分地區(qū)，總輻射值范圍在3700～4100MJ/m2;兩個(gè)低值區(qū)包括重慶市區(qū)在內(nèi)的重慶市東部地區(qū)和中東部地區(qū)，主要分布在重慶市區(qū)、潼南區(qū)、大足區(qū)、南川縣南部、涪陵區(qū)東部，總輻射值范圍在3100～3700MJ/m2。重慶市的總輻射量等級(jí)總體來(lái)說(shuō)屬于輻射資源豐富區(qū)，兩個(gè)低值區(qū)為輻射資源分布一般區(qū)。

三、光伏資源評(píng)估

通過(guò)Meteonorm、SolarGIS、NASA輻射數(shù)據(jù)資料可知光伏場(chǎng)址多年年平均太陽(yáng)輻照量為3938.4MJ/m2、4251.0MJ/m2、4204.8MJ/m2?？梢钥闯觯摰貐^(qū)輻射量月4～9月份較強(qiáng)，10～翌年3月較弱。

參照《太陽(yáng)能資源評(píng)估方法》（QX/T 89-2008），場(chǎng)址區(qū)域?qū)儆谔?yáng)能資源“豐富帶”。通過(guò)月平均太陽(yáng)輻射量資料可知，區(qū)域的太陽(yáng)輻射量具有年內(nèi)分配不均的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為夏季輻射強(qiáng)，冬季輻射弱。

測(cè)算場(chǎng)址區(qū)域所在地全年逐時(shí)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，繪制出各月逐時(shí)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度分布曲線。由圖可知：項(xiàng)目區(qū)域光伏電站場(chǎng)址各月典型日每天的最大輻射強(qiáng)度出現(xiàn)在12～14點(diǎn)左右，最長(zhǎng)可觀測(cè)到的太陽(yáng)輻射從早上6點(diǎn)持續(xù)到晚上20點(diǎn)，最短從早上9點(diǎn)持續(xù)到下午19點(diǎn)，輻射量主要集中在早上8時(shí)至下午17時(shí)，占全天總輻射量的90%左右，各月典型日輻照度日內(nèi)變化不一致。

四、總結(jié)

本文提出多輻射數(shù)據(jù)源的復(fù)雜山地光伏資源評(píng)估方法，經(jīng)過(guò)各個(gè)光伏資源要素評(píng)價(jià)的對(duì)比分析，該方法對(duì)于優(yōu)化復(fù)雜山地低輻照區(qū)的光伏資源評(píng)估結(jié)論，高效地解決目前低輻照度光伏場(chǎng)開發(fā)的工程需求，提高低輻照度光伏場(chǎng)的評(píng)估精度和評(píng)估工作效率具有顯著的效果。

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