2s-太阳能资源分析及水文气象条件

1、中电投金塔并网光伏发电一期工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 太阳能资源分析及水文气象条件2.1 太阳能资源概况太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、自然地理状况和气候条件有关。我国属太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3 以上地区年日照时数大于2000 小时，根据中国气象局风能太阳能评估中心推荐的国内太阳能资源地区分类办法，共分5 类(图2-1)，其中：一类地区 全年日照时数为32003300 小时，年辐射量在67008370MJ/m2。相当于225285kg 标准煤燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆东部等地。二类地区 全年日照时数为30003200 小时，

2、辐射量在58606700MJ/m2，相当于200225kg 标准煤燃烧所发出的热量。主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。此区为我国太阳能资源较丰富区。三类地区 全年日照时数为22003000 小时，辐射量在50205860 MJ/m2，相当于170200kg 标准煤燃烧所发出的热量。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。图2.1 全国总辐射空间变化分布图2.2 区域太阳能资源概况甘肃省位于中国地理中心，地处黄河上游，地域辽阔，介于N32

3、114257、E921310846之间。东接陕西，东北与宁夏毗邻，南邻四川，西连青海、新疆，北靠内蒙，并与蒙古人民共和国接壤。总面积42.58104km2。场址所在酒泉地区金塔县处于大陆腹地，属于荒漠型的中温带干旱大陆性气候类型。气候干燥降水量少，蒸发强烈，日照长，冬冷夏热，温差大，秋凉春寒、风沙多是该地区的主要气候特征。金塔县多年平均气温8.3，多年平均风速2.4m/s，多年平均降水量62.1mm，常年主导风向WNW，最大冻土深度141cm。甘肃省具有丰富的太阳能资源，年太阳能总辐射量在4800MJ/m26400MJ/m2之间，年资源理论储量671012KWh，每年地表吸收的太阳能相当于大约

4、824108t标准煤的能量，开发利用前景广阔。甘肃省总辐射空间变化分布图如图2.2所示，河西走廊为甘肃省太阳辐射丰富区，年太阳总辐射量分别为5800MJ/m2和6400MJ/m2；陇南地区相对较低，年太阳总辐射量仅4800MJ/m25200MJ/m2；其余地区为5200MJ/m25800MJ/m2。甘肃省以夏季太阳总辐射最多，冬季最少，春季大于秋季。7月各地太阳总辐射量为560MJ/m2740MJ/m2；1月为260MJ/m2380MJ/m2；4月为480MJ/m2630MJ/m2；10月为300MJ/m2480MJ/m2。太阳总辐射冬季南北差异小，春季南北差异大。 6000 MJ/m2a55

5、00 MJ/m2a4100 MJ/m2a图2.2 甘肃省总辐射空间变化分布图甘肃省各地年日照时数在1700h3320h之间，自西北向东南逐渐减少。河西走廊西部年日照时数，在3200h以上；陇南南部，在1800h以下；其余地区在2000h3000h之间。根据甘肃省酒泉市百万千瓦光伏发电产业总体规划（20102020年）河西地区是甘肃省太阳能资源最丰富的地区，年太阳总辐射量在6000MJ/m2左右，年均日照时数在3000h以上。河西地区地势广阔平坦，戈壁和沙漠面积14.3104km2，适宜于大规模开发太阳能发电工程。本工程所在地甘肃省酒泉市金塔县气候属中温带干旱大陆性气候类型，因其身居大陆内部，海

6、上水汽难以抵达，多年平均降雨量为62.1mm，多年平均蒸发量在2438.4mm，降水稀少，气候干燥，大气透明度高，具有典型的大陆性干旱气候特征，年日照时数达3030.7h，年总辐射量约为6130MJ/m2，属光热资源相对比较丰富地区。2.3 太阳能辐射观测资料距离场址最近的气象站为金塔气象站。由于金塔气象站无太阳能观测资料，金塔县隶属于酒泉市，位于酒泉市以北约50km，属同一气候区，本阶段拟采用酒泉气象站作为参证站对场址进行光资源状况进行评估分析。酒泉气象站位于酒泉市肃州区果园乡小坝沟村，为国家基准气象站，其对数据采集、处理及设备的维护都遵循严格的规程、规范，因此，从系统性和可靠性角度出发，其

7、提供的太阳辐射观测数据具有较高的参考价值。2.3.1 代表气象站的选择一般来说影响太阳辐射的主要因素有太阳高度角、大气透明系数、纬度、时令、海拔高度、天气条件等。现简要分析如下：(1)太阳高度角太阳高度角是太阳光线与地表水平面之间的夹角。太阳高度角大，太阳高，太阳辐射就强；反之，太阳高度角小，太阳低，太阳辐射就弱。酒泉气象站距拟建光伏电站站址相对较近（约60km），地理纬度接近，相差约32左右，两地太阳高度角差距很小，在正常天气情况下两地太阳辐射强度基本相当。(2)天气状况云量的多少、云层的厚度以及阴雨、沙尘天数等对太阳辐射的影响也很大，云层越厚，云量越多，对于太阳辐射的削弱也就越多，到达地面

8、的太阳辐射能量也就越少；阴雨、沙尘天气越多，相对大气透明度就越低，日照时数也就会相应减少，太阳辐射也随之减少。酒泉气象站距拟建光伏电站站址较近，气候特征类似，天气晴好接近，天气状况差异很小。(3)日照时数日照时数也是影响地面太阳辐射能量的一个重要因素。日照时间长，地面所获得的太阳总辐射量就越多。反之，地面所获得的太阳辐射量就越少。本工程拟建站址处的日照小时数3231.3h，略高于酒泉气象站的年平均日照小时数3030.7h左右。(4)海拔高度海拔高度越高，空气就越稀薄，太阳光线在大气中的光程也就越短。大气中的水汽和尘埃的含量也越少，大气透明度就越大，太阳辐射被吸收、散射的也就越少，接收到的太阳辐

9、射能量也就越大。酒泉气象站的海拔高度为1477.2m，拟建光伏电站站址处的海拔高度约1300m，本工程所在地的海拔高度略低于酒泉。因此，就海拔高度来说，该地接收到的太阳辐射能量要略低于酒泉气象站。综上所述，酒泉市与中电投金塔并网光伏电站场址理位置较近，属同一气候带；两地的太阳高度角与地理纬度接近；中电投金塔并网光伏电站场址的大气透明度及日照时数略高于酒泉；中电投金塔并网光伏电站场址的海拔高度略低于酒泉。综合比较，中电投金塔并网光伏电站场址的太阳辐射条件略优于酒泉，在本阶段采用酒泉的太阳辐射资料来评估中电投金塔并网光伏电站场址的太阳辐射情况是合理的。2.3.2 太阳能资源年际变化分析（1）太阳辐

10、射量年际变化分析酒泉气象站19932010年太阳辐射量的年际变化曲线见图2.2。图2.2 酒泉气象站19932010年年太阳能辐射量年际变化图从图2.2可以看出，酒泉气象站19932010年，这18年间酒泉地区太阳辐射量分布变化不大，其数值区间为5809.656362.56MJ/m2之间。这18年间年平均太阳辐射量为6111.5MJ/m2，最大值为6362.56MJ/m2(1995年)，最小值为5809.65MJ/m2(2010年)，最大值与最小值的差值只有552.91MJ/m2，显示年际变化相对稳定。自2001年以来的十年间的年平均太阳辐射量为6108.54MJ/m2，最大值出现在2002年

11、，达到6307.04MJ/m2，最小值出现在2010年，达到5809.65MJ/m2。（2）日照时数年际变化分析酒泉气象站19512010年日照时数的年际变化曲线见图2.3。图2.3 酒泉气象站19512010年日照时数年际变化图由图2.3可知，酒泉市近60年间（19512010）年日照时数围绕均值3039.6 h进行上下波动，总体趋于稳定，最低值出现在1983年，为2627.8h；最高值出现在1965年，为3345.1h。从全国太阳能资源分布情况来看，酒泉市属于日照时数较长地区。（3）日照百分率年际变化分析酒泉气象站19512010年日照百分率的年际变化曲线见图2.4。 图2.4 酒泉气象站

12、19802009年日照百分率年际变化图从图2.4可以看出，酒泉市的日照百分率年际变化不大，与日照时数年际变化基本一致，基本稳定在61%76%之间。2.3.3 太阳能资源月际变化分析（1）太阳辐射量月际变化分析酒泉气象站19932010年月平均太阳辐射量月际变化曲线见图2.5。图2.5 酒泉气象站19932010年月平均太阳辐射量月际变化图从图2.5可以看出，酒泉地区太阳辐射的月际变化较大，其数值区间为252.84739.93MJ/m2之间，月总辐射从2月开始急剧增加，5月达到最大值，为739.93MJ/m2(5月)，68月略有下降后，9月以后开始急速下降，酒泉市39月实测的太阳总辐射量均在50

13、0MJ/m2以上，冬季12月达到最小值，为252.84MJ/m2。（2）日照时数月际变化分析酒泉气象站19512010年月平均日照时数月际变化曲线见图2.6。图2.6 酒泉气象站19512010年月平均日照时数月际变化图从图2.6可以看出，酒泉地区月平均日照时数月际变化和太阳辐射量月际变化基本保持一致，月平均日照时数从2月开始急剧增加，5月达到峰值，410月平均平均日照时数均在260h以上。5月份最大，为293.6h，12月份最小，为207.7h。（3）日照百分率月际变化分析酒泉气象站19512010年日照百分率月际变化曲线见图2.7。图2.7 酒泉气象站19512010年月平均日照百分率月际

14、变化图从图2.7可以看出，酒泉市日照百分率稳定在63%78%之间，秋季的日照百分率最高，冬季次之，春、夏季较低。2.4 站址气象要素2.4.1 常规气象要素由于金塔气象站距光伏电站场址直线距离仅5km，比酒泉气象站更接近站址区，在常规气象要素上，我们采用金塔气象站的值。金塔气象站位于金塔乡建国村“乡村”，北纬40o00，东经98o54，观测场海拔高度1270.2m。对金塔气象站多年观测资料进行统计，求得金塔气象站基本气象要素统计值见表2.4-1。表2.4-1金塔气象站多年基本气象要素统计表项 目单位数值发生时间年平均气压hPa874.4年平均气温8.3极端最高气温38.61965.8.23极端

15、最低气温-29.62002平均水汽压hPa5.7平均相对湿度%44年平均降水量mm62.1一日最大降水量mm37.32004年平均蒸发量mm2438.4平均风速m/s2.4最大风速m/s251971.4.5全年主导风向WNW夏季主导风向ENE冬季主导风向WNW最大积雪深度cm8最大冻土深度cm1411968平均雷暴日数d9.6平均沙尘暴日数d17.6平均大风日数d24.6冻融循环次数次50 根据金塔气象站多年实测气象资料，统计出多年逐月平均的气象条件成果如表2.4-2。表2.4-2金塔气象站气象要素逐月平均统计表月份一二三四五六七八九十十一十二全年平均气温-9.0-4.82.410.817.2

16、21.523.422.015.97.8-0.4-7.18.3平均风速m/s2.62.62.73.02.52.32.22.01.82.02.52.72.4相对湿度%51413732344348484845495444气压hPa879.5877.2874.9872.8870.9867.6866.2868.8873.9878.6880.8881.1874.4降雨量mm0.81.03.62.54.18.416.016.06.21.21.50.662.1蒸发量mm45.070.3153.6285.5349.5340.6344.2321.1232.9166.183.446.12438.42.4.250年一

17、遇设计风速中电投金塔并网光伏发电工程位于河西走廊中西部，是我国寒潮大风-冷空气南下的主要通道之一，风大沙多是其显著的气候特征。根据金塔气象站多年实测资料，采用P-型进行频率计算，其不同频率的风速计算成果见表2-4-3：表2-4-3 金塔气象站不同频率的风速计算成果表金塔气象站50年一遇（10m）百年一遇（10m）风速（m/s）26.628.8考虑到城市化对风速的影响，气象站的风速可能偏低。依据现场大风调查，并结合建筑结构荷载规范中酒泉地区的基本风压为55kN/m2，相应风速为29.7m/s ，进行综合分析认为，站址处五十年一遇10m高10min平均最大风速采用29.7m/s，相应风压为0.55

18、kN/m2。2.4.3 暴雨强度公式地区暴雨强度公式为： 其中：P重现期（a）t设计降雨历时（min.）q设计暴雨强度（L/s/ha.）2.5 太阳能资源分析2.5.1工程代表年的选择由于太阳辐射量具有随机性，根据各年的太阳辐射数据来计算相关的工程设计参数其结果会有很大的误差。因此要从多年的气象数据中挑选出具有代表性的太阳辐射数据，建立工程代表年以充分反映长期的太阳辐射变化规律。工程代表年的确定是通过对已有太阳辐射观测资料的分析整理，根据一定的基准挑选出“标准月”组成。并以此对工程运行期间太阳辐射强度进行预测，其关系到对工程设计参数的选择、工程运行期发电量、工程运行效益的计算等是否准确可靠。根

19、据酒泉的太阳辐射年际变化趋势，本工程采用19932010年的太阳辐射资料作为本阶段研究和计算的依据，来进行工程代表年的太阳辐射数据（简称代表年）选择。根据统计学原理、建筑日环境模拟、建筑能源分析等研究成果，并结合本工程特点，选择出一组历年发生频率高、并对未来具有很好预测性的真实发生过的数据作为工程代表年。2.5.2 工程代表年太阳辐射数据在自然现象和社会现象中，大量的随机变量都服从或近似服从正态分布，如测量误差、海洋波浪的高度、一个地区的太阳辐射情况等。因此，可采用统计学中的正态分布来研究太阳辐射资料。太阳辐射情况的总体分布未知，其概率密度也是未知的，为了预测今后几十年的太阳辐射情况，以必要对

20、太阳辐射的总体分布情况进行研究。我们采用直方图近似为正态分布图，以便直观了解太阳辐射情况的概率密度曲线的概况，从而找出高概率区间的高概率值，作为今后的预测值。酒泉市112月的太阳辐射量拟合正态分布曲线图如图2.8所示。图2.8 酒泉市112月份太阳辐射量正态分布直方图2.5.3工程代表年标准月数据选出的工程代表年太阳辐射数据如表2-3所示。表2-3 工程代表年标准月辐射量月 份1月2月3月4月5月6月总辐射量（MJ/m2）287.04348.16491.66611.1731.72735.3所在年199519942005200620032006月 份7月8月9月10月11月12月总辐射量（MJ/m2）707.78655.03514.5444.85309.3251.8所在年20012004200720052006199