内蒙古太阳能资源的分布特征与光伏发电开发的可行性分析Word文档格式.docx
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产业的发展,对内蒙古太阳能资源的时空分布特
性进行分析变得十分迫切.
二计算模型
到达地面的太阳辐射总量包括太阳直接辐射
和天空散射辐射,通常称为总辐射.太阳能资源
般以太阳总辐射量来表示.由于我国太阳辐射
测量站稀少,且分布不均匀,所以在实际应用中,
般采用半经验半理论的日照类模型来估算太阳
辐射量.
1日照时间的计算
利用基于薄盘样条理论开发的气候数据曲面
拟合专用软件——ANUSPLIN,对"
中国科学院
地理科学与资源研究所人地系统主题数据库"
提
供的内蒙古自治区境内46个气象站(图1)的累年
各月平均日照时数进行空间插值,得到全区境内
的各月日照分布数据¨
l.
2太阳辐射计算模型
…—
SOLARENERGY3/2O11
图1测量日照时数气象站分布图
日总太阳辐射月均值与天文辐射Et总量月均
值的比值和日照百分率月均值之间存在很高的相
关性,通常利用这一关系来估算Et总太阳辐射月
均值.
Angstr~in—Prescott模型为:
H/H0=A+B?
S/So
(1)
对Angstr~in—Prescott模型进行修正,即可得到
求解日总太阳辐射月均值的修正公式雎1
/o=(I十2cos+3)+(以4+5cos,~+a6h)S/S0
+(7+8cos以9)(S/So)
(2)
式中I31,H为日总太阳辐射月均值;
H.为天文
辐射日总量月均值;
为日照时数月均值;
为理
想日照时数月均值;
为地理纬度;
h为海拔;
A,
B为拟合系数;
a~a为拟合系数.
Ho=24x3600Iafl/~(cos2cos&
amp;
in+兀sinin,l80)
(3)
S0=24o9115(4)
式中,,0为太阳辐射常数;
-厂为日地距离修正
系数;
为太阳赤纬角;
为日落时角.
f=l+0.033cos(360.n/365)(5)
5=23.45~sin±
(6)
365\
cos=arccos(一tanXtan(7)
式中,为一年中从1月1日算起的天数.
3潜在发电量计算
光伏发电是指将太阳电池组件产生的直流电
经并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之
后,直接进入公共电网,电池方阵所产生的电力
除了供给交流负载外,多余的电力反馈给电网.光
伏发电的发电量与电池板安装朝向,电池板的温
升和通风,当地太阳辐射能量,太阳电池组件总
功率,系统总效率等因素有关,因此发电量的精
确计算较为复杂.对于某个区域的光伏发电规划,
可以采用简化模型进行计算{
Q=oI?
712?
773?
?
775?
H(8)
式中:
Q为电量;
叩为安装系数,即电池板的
安装方位角和倾角对发电量产生的影响;
町为光
伏阵列效率,即光伏阵列在能量转换与传输过程
中的损失,包括组件匹配损失,表面尘埃遮挡损
失,不可利用的太阳辐射损失,温度的影响,最大
功率点跟踪(MPPT)精度以及直流线路损失等;
町
为逆变器转换效率,即逆变器输出的交流电功率
与直流输入功率之比;
7为交流并网效率,即从
逆变器输出至高压电网的传输效率,其中最主要
的是升压变压器的效率;
77为理论发电量修正系
数,即实际发电量与理论发电量之比.
4模型验证
在没有确定太阳电池组件厂家之前,所进行
的发电量计算只能是粗略估算,故对该部分计算
不进行验证,而只对太阳辐射量的计算进行验证.
由CSWD数据库1可以得到内蒙古境内13个气象
站的太阳辐射量的数据,将此数据和模型计算结
果相比较绘制误差分析图如图2所示.
50
4O
30
20
10
\
嗤
靛一10
靶
3O
40
—
5O
23456
月份
图2计算误差
———一
SOLARENERGY3/2011
图2表明,计算得出的l3个气象站太阳辐
射量的相对误差小于l0%,该太阳辐射计算
模型有足够的精确度,能够满足实际工程应用
的要求.
三资源特性分析
1时空分布特性
利用模型计算出内蒙古自治区境内各地日总
太阳辐射月均值l7I,绘制出图3.
图3El总太阳辐射月均值分布图MJ/(m?
d)
为了便于分析,按照春,夏,秋,冬四季逐
分析内蒙古的太阳能资源分布状况.内蒙古四
季按照平均气温来划分,≤5℃为冬季,≥20~C为
夏季,5~20~C为春季,2O~5℃为秋季.为了方
便操作,依照惯例设l2~2月为冬季,3~5月为
春季,6~8月为夏季,9~11月为秋_季【.
冬季漫长严寒,多寒潮天气.月均H照时数
为4.42~7.82h,累积平均日照时数为631.1h.全
区日照时数由西南向东北逐渐降低,最大值出现
在阿拉善东部和巴彦淖尔西部,最小值出现在呼
伦贝尔北部,其问乌兰察布南部出现小幅下降,通
辽地区出现小幅上升.月均太阳辐射量为3.4l~
14.64MJ/(m?
d),累积月均辐射量为847.8MJ/(m?
season).全区辐射量由西南向东北方向逐渐降低,
最大值出现在阿拉善东南部,最小值出现在呼伦
贝尔北部(见图3a,3b).
春季气温骤升干旱,多大风天气.月均H照
时数为7.89~11.07h,累积平均日照时数为836.4h.
全区日照时数由南向北逐渐增高,最大值出现在
巴彦淖尔北部,最小值出现在呼伦贝尔南部,其
问锡林郭勒中部出现小幅下降.月均太阳辐射量
为14.12~26.28MJ/(m.?
d),累积月均辐射量为
1854.1MJ/(mseason).全区辐射量由西向东逐渐
递减,最大值出现阿拉善西部,东部和巴彦淖尔西
北部,最小值出现在呼伦贝尔东部(见图3c~3e).
夏季短促温热,降水集中.月均日照时数为
6.93~11.12h,累积平均日照时数为843.2h.全区
It照时数分布较为均匀,赤峰和通辽南部最高,呼
伦贝尔中南部最低,其问巴彦淖尔北部出现小幅
上升,锡林郭勒中南部和赤峰西北部出现小幅下
降.月均太阳辐射量为17.24~27.90MJ/(m?
d),
累积月均辐射量为2083.2MJ/(mSeaSOn).全区辐
射量由西向东逐渐递减,最大值出现在阿拉善西
北部,最小值出现在呼伦贝尔东部.其问,阿拉善
东部和巴彦淖尔大部分地区出现小幅上升,赤峰
中部出现小幅下降(见图3f-3h).
秋季气温剧降,霜冻来临早.月均日照时数
为5.33~9.78h,累积平均日照时数为7l0.8h.全
区13照时数由锡林郭勒西北部向东西两侧递减,
最小值出现在呼伦贝尔东北部,到阿拉善西北部
又有所回升.其问,巴彦淖尔东北部出现小幅下
降,赤峰西南部出现小幅上升.月均太阳辐射量为
5.29~20.37MJ/(m2?
d),累积月均辐射量为1203.8MJ/
(m2?
season).全区辐射量由西南向东北逐渐递减,
最大值出现在阿拉善西部和东部,最小值出现在
呼伦贝尔北部(见图3i~3k).
全区日照时数的月季变化呈单峰型,以春季
最多,夏季次之,冬季最少为主要特征.主要由于
春季3月以后太阳直射北半球,白昼时间逐渐增长,
秋季9月后直射南半球,昼短夜长所致.春,夏,
秋,冬四季总辐射量分别占年总辐射量的30.96%,
34.78%,20.10%和14.16%,总辐射最大值出现在
5月份,最小值出现在12月份.总体上,各月总
辐射量随太阳高度角的升高而增加,随高度角的
降低而减小.
全区年日照时数随海拔的增加而增加,年太
阳总辐射值随纬度的增加而减少.全区各地年日
照时数为2882~3501h,年日照时数平均值为
3163h.年日照时数分布形势为由西南向东北方
向,以阿拉善为起始,沿巴彦淖尔,乌海,鄂尔多
斯,包头,呼和浩特,乌兰察布,锡林郭勒,赤峰,
通辽,兴安盟一线,至呼伦贝尔逐渐降低(见图4).
全区各地年太阳总辐射为4787~6876MJ/(m?
a),
图4年日照时数分布图
———~
年太阳总辐射平均值为5965MJ/(m?
a),年太阳总
辐射平均值的分布与年日照时数的分布形势基本
相同(见图5).
图5年太阳总辐射分布图MJ/(m?
a)
2资源区划
为了合理有序地开发和利用内蒙古境内的太
阳能资源,以我国太阳能资源划分办法为基础结
合内蒙古太阳能资源特点,将全区的太IIii资源
依次划分为4个区域m】——丰富区,次丰富区,
较丰富区和较贫乏区(见图6).
图6内蒙古太阳能资源区划
I级区:
太阳能资源丰富区.该区域包括阿
拉善西北部和东南部,占全区面积4-3%,年总辐
射量大干6700MJ/m,年日照时数3000~3500h.
Ⅱ级区:
太IIll资源次丰富区.该区域包括
阿拉善大部,巴彦淖尔,乌海,鄂尔多斯,包头,
呼和浩特,乌兰察布,锡林郭勒中西部和赤峰西
北部,占全区面积48.3%,年总辐射量61O0~
6700MJ/m,年日照时数2800~3500h.
Ⅲ级区:
太Pill资源较丰富区.该区域包括
赤峰大部通辽全部,兴安盟中西部和呼伦贝尔西
部,该区域占全区面积28.7%,年总辐射量5400~
6100MJim,年日照时数2700~3400h.
Ⅳ级区.太阳能资源较贫乏区.该区域包括兴
安盟东部,和呼伦贝尔中东部,占全区面积18.7%,
年总辐射量介于4700~5400MJ/m,年日照时数
2400~3300h.
四光伏发电开发
以全区年太IIii总辐射量为依据,计算出全
区潜在光伏年发电量(见图7).分析发现,I级区
潜在光伏发电量密度为368~305kWh/(m?
a),潜
在发电量162819亿kWh/a;
11级区潜在光伏发电
量密度304~278kWh/(m?
a),潜在发电量1626185
亿kWh/a;
111级区潜在光伏发电量密度277~
246kWh/(m?
a),潜在发电量为870060亿kWh/a;
Ⅳ级区潜在光伏发电量密度245~209kWh/(m2,a),
潜在发电量498383亿kWh/a.全区潜在发电量相
当于2009年全国发电总量的86倍,全区光伏发电
图7潜在光伏年发电量密度分布图kWh/(m.a)
建设大规模并网光伏发电是战略性开发太阳
能资源的必由之路.2007年经国务院审议通过的
可再生能源中长期发展规划提出要在西部荒
漠,戈壁,荒滩等空闲地建设较大规模的太阳能
光伏发电站.按照全区太阳能资源等级,可逐步
———一一…一……
开发占全区面积9.7%的沙漠和8.9%的沙地,分
析表明在22万km的荒地上可建设l11万kW.大
型并网光伏沙漠电站…(见表1).
表l大型并网光伏沙漠电站规划
■}■_-j山●il{IE珏u,I'
.1■■■l柞叠i—}忍嚏着j五凸■
巴丹吉林4.43230
腾格里4.27220沙漠
库布其1.6180
乌兰布和O.9950
毛乌素3.21160
浑善达克2.141l0沙地
科尔沁4.23220
呼伦贝尔0.7240
建筑集成光伏并网发电也是开发太阳能资源
的重要形式之一.运用政策机制,鼓励单位和个
人建设与建筑物一体化的屋顶或幕墙并网发电设
施.对于公益性或标志性建筑,高档建筑,政府应
出台相应政策,要求安装光伏屋顶和光伏幕墙,发
挥先导示范作用,然后逐步推广到其他建筑,同
时在道路,公园,车站等公共设施照明中推广光
伏电源【】.
对于大规模开发光伏发电,内蒙古自治区有
着得天独厚的资源优势,但是光伏产业普遍存在
的成本高和上网难等因素制约着全区光伏产业的
发展.实践证明,光伏发电的成本在技术发展的
推动下正在快速下降,随着全球光伏应用的高速
发展,其成本将继续大幅下降,预计在2040年左
右达到或接近煤电成本.基于我国国情,内蒙古
自治区决不能消极等待,应该利用自身的资源和
市场优势,积极发展,争取占领未来电力能源的
制高点…J.
五结论
通过阐述潜在光伏发电量的计算模型,分析
内蒙古自治区太阳能资源特点,论述内蒙古光伏
发电产业的发展,可以得出以下结论:
(1)采用修正后的Angstr~in~Prescott模型
求解日总太阳辐射月均值具有足够的精确度,经
验证相对误差小于10%,可满足实际工程应用的
要求.
(2)全区日照时数的月季变化呈单峰型,以春
季最多,夏季次之,冬季最少为主要特征.全区年
日照时数随海拔的增加而增加,各地年日照时数
为2882~3501h,平均值为3163h.
(3)全年各月总辐射量先增加后减小,最大值
出现在5月份,最小值出现在12月份.太阳年总
辐射值随纬度的增加而减少,各地年太阳总辐射
4787~6876MJ/(m?
a),平均值为5965MJ/(m?
a).
(4)全区的太阳能资源依次划分为丰富区,次
丰富区,较丰富区和较贫乏区4个区域.
(5)全区潜在发电量3157445亿kWh/a,可优
先在22万km的荒地上建设111万kW大型并网
光伏沙漠电站.
(6)基于我国国情,内蒙古自治区应利用自身
的资源和市场优势,积极发展光伏产业,争取占
领未来电力能源的制高点.
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l卜
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