基于多辐射数据源的复杂山地光伏资源评估

王彬滨 黄博文 刘海坤 杨富程

摘  要：随着社会经济的快速发展，我国对能源的需求与日俱增，以煤炭、石油为主要能量来源的传统发电模式正面临资源紧缺、气候变暖以及环境污染等一系列问题，“BP Statistical Review of World Energy ”于2016年6月发布了2015年中国一次能源消费总量构成的最新数据。以太阳能、风能为代表的可再生能源的开发和利用逐渐成为社会可持续发展的必由之路。

关键词：数据源;复杂山地;光资源

引言：太阳能是一种清洁无污染、可再生、资源量最大、分布最为广泛的能源。日地平均距离约1.5亿km，太阳辐射达到大气层顶的能量约为其总辐射能量的22亿分之一，辐射强度约173000TW。太阳辐射穿过大气层时，约20%被大气吸收，30%被地面和大气反射到宇宙空间，约50%到达地球表面。尽管如此，其总量仍非常巨大，经换算太阳每秒钟照射到地球表面的能量相当于500万吨标煤;每年到达地球表面太阳辐射能相当于130万亿吨标煤，是目前全球能源需求的10000倍以上，其中在北非、东非、中东、大洋洲、中南美洲等赤道附近地区太阳资源尤为丰富。我国太阳能资源也十分丰富，据估算我国的陆地表面每年接收的太阳辐射约为14700万亿千瓦时，相当于4.9万亿吨标准煤。按地域划分，我国除了四川盆地的太阳能资源一般外，其他地区都为太阳资源丰富区及以上，尤其是青藏高原地区、新疆东南部、内蒙古西部、甘肃西部地区等为太阳能资源最为丰富区或很丰富区。

自20世纪70年代以来，全世界大部分地区能源消耗成倍增加，气候变化明显，随之而来的是一系列环境问题，太阳能等清洁能源的开发利用越来越受到关注。据世界能源委员会的研究报告称，到21世纪下半叶，太阳能将成为能源利用中非常重要的一种。光伏发电是目前太阳能利用中技术较成熟的一种太阳能发电系统，具有不消耗燃料、不排放污染物、规模灵活、安全可靠、维护简单等优点。太阳能光伏发电将是今后太阳能利用的主要利用形式，有离网和并网两种形式，而并网光伏发电是目前乃至将来的主流趋势。目前欧美国家的太阳能光伏发电早已完成初期开发和示范阶段，正朝着大批量生产和规模应用的方向发展。

一、工程项目概况

光伏电站场地用地类型主要为一般农田、荒地。光伏组件主要分布在山体斜坡上，地形主要表现为褶皱、侵蚀构造，以低山和中低山为主，场地主要由缓坡、斜坡组成，坡度5～35°，部分山坡坡度略大。规划装机容量100MW。

二、区域太阳资源概况

我国是太阳能资源丰富的国家，全国年总辐射量在3340MJ/m2～8400MJ/m2年之间。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，与同纬度的其它国家相比，和美国类似，比欧洲、日本优越得多。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属世界太阳能资源丰富地区之一。

根据《太阳能资源评估方法》（QX/T 89-2008），以太阳能总辐射的年总量为指标，对太阳能的丰富程度划分为4个等级。

新疆东南边缘、西藏大部、青海中西部、甘肃河西走廊西部、内蒙古阿拉善高原及其以西地区构成了太阳能资源“最丰富带”，西藏南部和青海格尔木地区是两个高值中心;新疆大部分地区、西藏东部、云南大部、青海东部、四川盆地以西、甘肃中东部、宁夏全部、陕西北部、山西北部、河北西北部、内蒙古中东部至锡林浩特和赤峰一带是我国太阳能资源“很丰富带”;中东部和东北的大部分地区都属于太阳能资源的“较丰富带”;只有以四川盆地为中心，四川省东部、重庆全部、贵州大部、湖南西部等地区属于太阳能资源的“一般带”。

重庆市位于中国内陆西南部、长江上游，四川盆地东部边缘，地跨东经105°11′～110°11′、北纬28°10′～32°13′之间的青藏高原与长江中下游平原的过渡地带。地界东临湖北省、湖南省，南接贵州省，西靠四川省，北连陕西省。辖区东西长470km，南北宽450km，辖区总面积8.24万km2，其中主城区建成面积为647.78km2。重庆平均海拔为400m，重庆市最高峰为巫溪县东部边缘的界梁山主峰阴条岭，海拔2796.8m。

重庆市总辐射量在空间上具有显著的分布特征。总体表现为一个高值区，一个次高值区和两个低值區。高值区在重庆市的东北部，主要分布在巫溪县、巫山县、奉节县以及云阳县的大部分地区，总辐射值范围在4100～4600MJ/m2;次高值区为重庆市的中部地区和东南部的部分地区，主要分布在万州区、梁平县、垫江县、涪陵区以及秀山县的大部分地区，总辐射值范围在3700～4100MJ/m2;两个低值区包括重庆市区在内的重庆市东部地区和中东部地区，主要分布在重庆市区、潼南区、大足区、南川县南部、涪陵区东部，总辐射值范围在3100～3700MJ/m2。重庆市的总辐射量等级总体来说属于辐射资源丰富区，两个低值区为辐射资源分布一般区。

三、光伏资源评估

通过Meteonorm、SolarGIS、NASA辐射数据资料可知光伏场址多年年平均太阳辐照量为3938.4MJ/m2、4251.0MJ/m2、4204.8MJ/m2。可以看出，该地区辐射量月4～9月份较强，10～翌年3月较弱。

参照《太阳能资源评估方法》（QX/T 89-2008），场址区域属于太阳能资源“丰富带”。通过月平均太阳辐射量资料可知，区域的太阳辐射量具有年内分配不均的特点，主要表现为夏季辐射强，冬季辐射弱。

测算场址区域所在地全年逐时太阳辐射强度，绘制出各月逐时太阳辐射强度分布曲线。由图可知：项目区域光伏电站场址各月典型日每天的最大辐射强度出现在12～14点左右，最长可观测到的太阳辐射从早上6点持续到晚上20点，最短从早上9点持续到下午19点，辐射量主要集中在早上8时至下午17时，占全天总辐射量的90%左右，各月典型日辐照度日内变化不一致。

四、总结

本文提出多辐射数据源的复杂山地光伏资源评估方法，经过各个光伏资源要素评价的对比分析，该方法对于优化复杂山地低辐照区的光伏资源评估结论，高效地解决目前低辐照度光伏场开发的工程需求，提高低辐照度光伏场的评估精度和评估工作效率具有显著的效果。

参考文献：

[1]王炳忠， 张富国， 李立贤. 我国的太阳能资源及其计算[J]. 太阳能学报， 1980（01）：5-13.

[2]赵媛， 赵慧. 我国太阳能资源及其开发利用[J]. 经济地理， 1998（1）：56-61.

[3]李一平， 杜成勋， 陈永琼，等. 攀枝花太阳能资源评价[C]// 中国气象学会年会. 2009.

[4]王峥， 任毅. 我国太阳能资源的利用现状与产业发展[J]. 资源与产业， 2010.

[5]李柯， 何凡能. 中国陆地太阳能资源开发潜力区域分析[J]. 地理科学进展， 2010（09）：1049-1054.