西昌太陽能資源評估研究

西昌太陽能資源評估研究

謝運華，楊 華，馬全濤
(西南電力設計院，四川 成都 610021)

太陽能是地球生命的能源。本文通過調研，第一次在我國對光熱發電的西昌太陽能電站的太陽能資源進行了評估。評價了廠址的氣候特點和地理環境；根據經驗公式計算了廠址太陽總輻射；分析了廠址太陽總輻射、直接輻射、日照時數、日照百分率等的年內變化；提出了光熱電站的兩個重要參數：直接輻射總量和直接輻射不同量級分布小時數；分析了日照時數的年際變化；指出了西昌太陽能光熱電站廠址太陽能資源屬太陽總輻射資源很豐富帶和太陽能資源穩定程度為較穩定。

太陽能；新能源；資源評估。

新能源是21世紀世界經濟發展中最具決定力的五大技術領域之一。太陽能是地球生命的一種清潔、高效和永不衰竭的新能源。美國新能源規劃在2025年太陽能的市場規模約占整個能源的70%，我國預計2020年的太陽能裝機總量將達到18000 MWP。因而合理進行太陽能資源分析、準確確定太陽能電站地點處的光能指標，對太陽能資源的利用意義重大。

太陽能光熱發電技術是太陽能發電最環保的方法，即把將太陽能聚集起來，加熱工質，驅動汽輪發電機發電。

通過與天威新能源公司合作，多次和太陽能電站開發較先進的西班牙、美國和以色列等國家的專家進行技術交流，基本了解了太陽能光熱發電資源評估的基本指標；我院組織專家到西班牙進行太陽能電站開發考察，并成立太陽能專題研究小組，收集了太陽輻射觀測儀器及其測試原理、氣象部門多年太陽輻射觀測與研究的成果、國家相關規程規范，在我國第一次對光熱發電的西昌太陽能電站的太陽能資源進行了評估。

1 氣候特點

四川省西南高原，屬川西高原氣候，具冬暖夏涼、四季如春的特點。冬季主要受南支西風急流控制，西風急流中常有從亞洲西部移來的高空槽脊越過，北方寒潮時有侵入，造成寒冷、少雨、多風的冬季氣候。春季太陽幅射增強，氣溫升高較快，常造成旺盛的對流。這時高空仍盛行西風急流，因氣流高度較低，風速大，成為一年中大風最多的季節，從五月末到六月初，西風南支急流北躍，大陸蒙古高壓已不存在，代之而來的是印度低壓，并伴隨西南季風，由于西南季風屬來自印度洋的暖濕氣流，帶來較多降水。10月印度低壓突然消失，印度高壓開始出現，西南季風退出，雨季也就基本結束。

2 氣象參證站

距站址最近的氣象站為西昌氣象站。

西昌氣象站位于西昌市北郊的臺地上，東經102°16′，北緯27°54′，觀測場海拔1590.9 m，氣象站建于1950年1月，實測項目齊全，資料系列較長，觀測、整編規范，資料可靠。

擬選電站站址位于距西昌氣象站約25 km的安寧河河谷比較開闊的平壩區，氣象站與站址之間無高山阻擋，基本屬同一氣候區。因此，西昌氣象站可作為西昌太陽能電站的氣象參證站。氣象站與站址的太陽輻射都受南北走向的安寧河河谷兩岸海拔較高山地的影響。

3 太陽能資源

太陽輻射資源受氣候、地理等環境條件的影響，其分布具有明顯的地域性，并不遵循隨緯度的增加而逐漸減少，就在同一緯度上的不同區域也差異懸殊。因此，為了所建太陽能電站能夠商業運行，就必須對待建電站區域的太陽輻射資源進行評估。

3.1 太陽總輻射的年內變化

西昌氣象站沒有太陽輻射觀測項目，太陽能電站的太陽輻射量采用《中華人民共和國氣候圖集》中的經驗公式⑴式計算：

式中：Q為總輻射量，kW·h/m2；Q0為理想大氣總輻射量，kW·h/m2；S為平均日照百分率；En為平均水汽壓，hPa。

通過調查，我們發現H社區承擔了許多基層政府的工作任務。 比如，環保局的環標車淘汰任務。 只要車輛的注冊地是在H社區所屬的轄區范圍之內，H社區就要負責完成環標車淘汰的指標。 由于沒有執法權，社區工作人員在處理這些問題時只能曉之以情、動之以理地被動處理，常常陷入一個尷尬的境地。

理想大氣總輻射量據平均氣壓及所在緯度可線性內插查表獲得。

依據西昌氣象站逐月氣象特征值計算站址逐月太陽總輻射量見表1。該表表明，計算月太陽總輻射最高值621 MJ/m2，出現在4月；次高值602 MJ/m2，出現在5月；最低值373 MJ/m2，出現在12月。

涼山州氣象局于2002年和2003年在西昌市瑯環鄉五星村七組建有一個日射觀測站。該站位于安寧河邊，背靠高山，導致該站日照比開闊地帶偏少2小時，年總輻射值偏小。月太陽總輻射最高值602 MJ/m2，出現在4月；次高值531 MJ/m2，出現在3月；最低值254 MJ/m2，出現在10月。

涼山州氣象臺在西昌市政府的支持下，從2008年9月進行了太陽直接輻射、散射輻射、紫外輻射、總輻射的觀測。氣象站最近1年實測逐月太陽總輻射量見表1，但實測月太陽總輻射最高值570 MJ/m2，出現在5月，次高值560 MJ/m2，出現在3月；最低值290 MJ/m2，出現在12月。實測年總輻射量在5400 MJ/m2以上。

表1 西昌太陽總輻射量成果 單位：MJ/m2

圖1 西昌太陽總輻射量年內變化圖

表2 西昌太陽直接輻射量成果

圖2 西昌太陽直接輻射量年內變化圖

表2和圖2表明，西昌實測太陽直接輻射年總量為4020 MJ/m2，即1120 kwh/ m2。月太陽直接輻射最高值480 MJ/m2，出現在3月；次高值460 MJ/m2，出現在2月；最低值160 MJ/m2，出現在7月。雨季使直接輻射削弱。因此西昌太陽能光熱電站發電能力最差的季節就是5月～10月的雨季，特別是降水持續時間最多的7月。

西昌氣象站近1年實測的總輻射與直接輻射的年內變化見圖3。

圖3 實測的總輻射與直接輻射的年內變化對比圖

圖3表明，在雨季5月～10月直接輻射量與

西昌站址區域均屬川西南高原地區。表1和圖1表明，實測與計算的太陽總輻射量在逐月分配上基本吻合，4月～8月的總輻射量較大。

3.2 直接輻射年內分布

西昌氣象站最近1年逐月實測太陽直接輻射見表2和圖2。總輻射量的差異較大，比總輻射量小得較多，說明云層對直接輻射影響很大。

3.3 直接輻射量級分布

直接輻射量級分布是決定光熱電站設備選型、電廠規模和占地面積等的關鍵參數。

西昌氣象站最近1年實測直接輻射量大于等于某一指定值的小時數見表3。

表3 直接輻射量大于等于某一指定值的小時數

3.4 日照時數和日照百分率年內變化

西昌氣象站多年逐月日照時數和日照百分率分別見表4、表5。日照時數和日照百分率年內變化分別見圖4、圖5。

圖4 西昌氣象站日照時數年內變化圖

表4 逐月日照時數成果 單位：h

表4和圖4表明，西昌1961年～1990年和1999年～2008年兩個時段的多年年平均日照時數分別為2445 h和2161 h。月日照時數最高值分別為263 h和244h，出現在3月；最低值分別為141 h和130 h，分別出現在9月和6月。

表5 逐月日照百分率成果 單位：%

圖5 西昌氣象站日照百分率年內變化圖

表5和圖5表明，西昌1961年～1990年和1999年～2008年兩個時段的多年平均日照百分率分別為56%和50%。月日照時數最高值分別為72%和68%，分別出現在1月、2月和3月；最低值分別為36%和32%，出現在6月。

表4、表5和圖4、圖5表明，近10年的太陽日照時數和日照百分率較1961年～1990年有所減少。

3.5 站址區域太陽能資源豐富程度

根據《太陽能資源評估方法》，以太陽總輻射的年總量為指標，進行太陽能資源豐富程度評估。具體的資源豐富程度等級見表6。

四川太陽能資源分布極不平衡，大致以龍門山脈、邛崍山脈和大涼山為界，東部太陽能極少，川西高原是四川省太陽能的主要分布區。四川省年總輻射分布圖見圖6。

圖6 四川省年總輻射分布圖

≥6300MJ/(m2.a) 資源最豐富5040～6300MJ/(m2.a) 資源很豐富3780～5040MJ/(m2.a) 資源豐富＜3780MJ/(m2.a) 資源一般

西昌太陽能光熱電站位于川西高原。依據四川省年總輻射分布圖，西昌太陽能站址年總輻射量在5500 MJ/m2～6000 MJ/m2之間；由表1可見，西昌太陽能站址計算多年年平均總輻射量為5774 MJ/m2；最近1年實測年總輻射量在5400 MJ/m2以上，由此可見，西昌太陽能站址位于太陽總輻射資源很豐富區域。

3.6 站址區域太陽能資源穩定程度

根據西昌氣象站的總輻射量和日照時數，計算年內變化最大差值見表7。

表7 西昌總輻射量和日照時數年內變化

根據近10年西昌氣象站的日照時數和日照百分率，計算年際變化最大差值見表8。2009年的日照時數2121 h比近10年均值2161 h稍小。

表8 西昌日照時數和日照百分率年際變化

根據西昌氣象站近10年逐年逐月日照時數統計，選擇與近10年均值最接近的一年為太陽輻射典型年。太陽輻射典型年2000年各月日照時數≥6小時的天數見表9，計算出站址太陽能資源穩定系數見表10。

表9 典型年逐月日照時數≥6小時的天數

表10 太陽能資源穩定系數

根據《太陽能資源評估方法》，太陽能資源穩定系數為各月的日照時數大于6 h的天數的最大值與最小值的比值。穩定系數小于2，穩定程度為穩定；穩定系數大于等于2小于等于4，穩定程度為較穩定；穩定系數大于4，穩定程度為不穩定。由表9可知，西昌站址穩定系數等于3.1，太陽能資源穩定程度為較穩定。

4 結語

⑴西昌太陽能電站屬太陽總輻射資源很豐富區域。

⑵昌太陽能電站太陽能資源穩定程度為較穩定。

⑶昌實測太陽直接輻射總量大于4000 MJ/m2，即在1100 kwh/m2以上。月太陽直接輻射最高值出現在3月；次高值出現在2月；最低值出現在7月。雨季的云層使直接輻射顯著削弱。西昌太陽能光熱電站發電能力最差的季節就是5～10月的雨季，特別是降水時間最多的7月。

⑷近1年實測直接輻射量大于等于500 W/ (m2. min)的小時數為1225.5 h。

⑸2009年日照時數約低于近十年的均值。近10年日照時數年際最大差值為387.4 h。近10年的太陽日照時數和日照百分率較1961年－1990年有所減小。

⑹山州氣象臺直接輻射觀測不是全自動觀測，其觀測值應比實際值小。本文所使用的近一年太陽輻射實測值僅供揭示其變化規律，工程應用所需準確值可從當地氣象部門收資。

⑺射輻射對太陽能光熱電站發電也會有一定貢獻，考慮太陽能電站規模和占地面積時可對直接輻射總量適當增加。

⑻熱發電的重要參數：直接輻射總量及其不同量級分布小時數。由于作該項觀測的氣象站極少，需探討用常規氣象資料、氣象衛星資料和地理信息系統資料等進行較科學的評估；在一些太陽能資源很豐富和最豐富區域，建議盡快建立一些直接輻射觀測站，為準確進行該地區太陽能資源評估積累必要的基礎資料。

[1] 編委會.中華人民共和國氣候圖集[K].北京：氣象出版社，2002.

[2] QX/T89-2008太陽能資源評估方法.

[3] 朱瑞兆，等.中國太陽能、風能資源及其利用[M].北京：氣象出版社，1988.

[4] 陳世訓，等.氣象學[M].北京：農業出版社，1981.

[5] 譚冠日，等.應用氣候[M].上海：上海科學技術出版社，1985.

Evaluation of Solar Energy Resources in Xichang

XIE Yun-hua, YANG Hua, MA Quan-tao
(SWEPDI, Chengdu 610021, China)

Solar energy is the energy of life on Earth. Based on the investigation, we evaluate the solar energy resources of Xichang solar thermal power station. First, we simply introduce the climatic and geographical environment in the site; and then calculate the solar total radiation using the empirical formula, analysis the annual variation of the solar total radiation, the direct solar radiation, the sunshine hours, and the percentage of sunshine. We put forward that the total and the hours of different magnitude of the direct solar radiation are two important parameters of solar thermal power plant. At last, we indicate that site of the Xichang solar thermal power station is belong to the Resource-richer zone, and the stability of the solar energy resources is more stable.

solar energy; new energy; resources; evaluation.

K81

B

1671-9913(2010)06-0072-05

2010-07-27

謝運華(1965-)，男，重慶人，高級工程師，從事導線覆冰災害的評價和防治及太陽能研究應用工作。