西昌太阳能资源评估研究

西昌太阳能资源评估研究

谢运华，杨 华，马全涛
(西南电力设计院，四川 成都 610021)

太阳能是地球生命的能源。本文通过调研，第一次在我国对光热发电的西昌太阳能电站的太阳能资源进行了评估。评价了厂址的气候特点和地理环境；根据经验公式计算了厂址太阳总辐射；分析了厂址太阳总辐射、直接辐射、日照时数、日照百分率等的年内变化；提出了光热电站的两个重要参数：直接辐射总量和直接辐射不同量级分布小时数；分析了日照时数的年际变化；指出了西昌太阳能光热电站厂址太阳能资源属太阳总辐射资源很丰富带和太阳能资源稳定程度为较稳定。

太阳能；新能源；资源评估。

新能源是21世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是地球生命的一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。美国新能源规划在2025年太阳能的市场规模约占整个能源的70%，我国预计2020年的太阳能装机总量将达到18000 MWP。因而合理进行太阳能资源分析、准确确定太阳能电站地点处的光能指标，对太阳能资源的利用意义重大。

太阳能光热发电技术是太阳能发电最环保的方法，即把将太阳能聚集起来，加热工质，驱动汽轮发电机发电。

通过与天威新能源公司合作，多次和太阳能电站开发较先进的西班牙、美国和以色列等国家的专家进行技术交流，基本了解了太阳能光热发电资源评估的基本指标；我院组织专家到西班牙进行太阳能电站开发考察，并成立太阳能专题研究小组，收集了太阳辐射观测仪器及其测试原理、气象部门多年太阳辐射观测与研究的成果、国家相关规程规范，在我国第一次对光热发电的西昌太阳能电站的太阳能资源进行了评估。

1 气候特点

四川省西南高原，属川西高原气候，具冬暖夏凉、四季如春的特点。冬季主要受南支西风急流控制，西风急流中常有从亚洲西部移来的高空槽脊越过，北方寒潮时有侵入，造成寒冷、少雨、多风的冬季气候。春季太阳幅射增强，气温升高较快，常造成旺盛的对流。这时高空仍盛行西风急流，因气流高度较低，风速大，成为一年中大风最多的季节，从五月末到六月初，西风南支急流北跃，大陆蒙古高压已不存在，代之而来的是印度低压，并伴随西南季风，由于西南季风属来自印度洋的暖湿气流，带来较多降水。10月印度低压突然消失，印度高压开始出现，西南季风退出，雨季也就基本结束。

2 气象参证站

距站址最近的气象站为西昌气象站。

西昌气象站位于西昌市北郊的台地上，东经102°16′，北纬27°54′，观测场海拔1590.9 m，气象站建于1950年1月，实测项目齐全，资料系列较长，观测、整编规范，资料可靠。

拟选电站站址位于距西昌气象站约25 km的安宁河河谷比较开阔的平坝区，气象站与站址之间无高山阻挡，基本属同一气候区。因此，西昌气象站可作为西昌太阳能电站的气象参证站。气象站与站址的太阳辐射都受南北走向的安宁河河谷两岸海拔较高山地的影响。

3 太阳能资源

太阳辐射资源受气候、地理等环境条件的影响，其分布具有明显的地域性，并不遵循随纬度的增加而逐渐减少，就在同一纬度上的不同区域也差异悬殊。因此，为了所建太阳能电站能够商业运行，就必须对待建电站区域的太阳辐射资源进行评估。

3.1 太阳总辐射的年内变化

西昌气象站没有太阳辐射观测项目，太阳能电站的太阳辐射量采用《中华人民共和国气候图集》中的经验公式⑴式计算：

式中：Q为总辐射量，kW·h/m2；Q0为理想大气总辐射量，kW·h/m2；S为平均日照百分率；En为平均水汽压，hPa。

通过调查，我们发现H社区承担了许多基层政府的工作任务。 比如，环保局的环标车淘汰任务。 只要车辆的注册地是在H社区所属的辖区范围之内，H社区就要负责完成环标车淘汰的指标。 由于没有执法权，社区工作人员在处理这些问题时只能晓之以情、动之以理地被动处理，常常陷入一个尴尬的境地。

理想大气总辐射量据平均气压及所在纬度可线性内插查表获得。

依据西昌气象站逐月气象特征值计算站址逐月太阳总辐射量见表1。该表表明，计算月太阳总辐射最高值621 MJ/m2，出现在4月；次高值602 MJ/m2，出现在5月；最低值373 MJ/m2，出现在12月。

凉山州气象局于2002年和2003年在西昌市琅环乡五星村七组建有一个日射观测站。该站位于安宁河边，背靠高山，导致该站日照比开阔地带偏少2小时，年总辐射值偏小。月太阳总辐射最高值602 MJ/m2，出现在4月；次高值531 MJ/m2，出现在3月；最低值254 MJ/m2，出现在10月。

凉山州气象台在西昌市政府的支持下，从2008年9月进行了太阳直接辐射、散射辐射、紫外辐射、总辐射的观测。气象站最近1年实测逐月太阳总辐射量见表1，但实测月太阳总辐射最高值570 MJ/m2，出现在5月，次高值560 MJ/m2，出现在3月；最低值290 MJ/m2，出现在12月。实测年总辐射量在5400 MJ/m2以上。

表1 西昌太阳总辐射量成果 单位：MJ/m2

图1 西昌太阳总辐射量年内变化图

表2 西昌太阳直接辐射量成果

图2 西昌太阳直接辐射量年内变化图

表2和图2表明，西昌实测太阳直接辐射年总量为4020 MJ/m2，即1120 kwh/ m2。月太阳直接辐射最高值480 MJ/m2，出现在3月；次高值460 MJ/m2，出现在2月；最低值160 MJ/m2，出现在7月。雨季使直接辐射削弱。因此西昌太阳能光热电站发电能力最差的季节就是5月～10月的雨季，特别是降水持续时间最多的7月。

西昌气象站近1年实测的总辐射与直接辐射的年内变化见图3。

图3 实测的总辐射与直接辐射的年内变化对比图

图3表明，在雨季5月～10月直接辐射量与

西昌站址区域均属川西南高原地区。表1和图1表明，实测与计算的太阳总辐射量在逐月分配上基本吻合，4月～8月的总辐射量较大。

3.2 直接辐射年内分布

西昌气象站最近1年逐月实测太阳直接辐射见表2和图2。总辐射量的差异较大，比总辐射量小得较多，说明云层对直接辐射影响很大。

3.3 直接辐射量级分布

直接辐射量级分布是决定光热电站设备选型、电厂规模和占地面积等的关键参数。

西昌气象站最近1年实测直接辐射量大于等于某一指定值的小时数见表3。

表3 直接辐射量大于等于某一指定值的小时数

3.4 日照时数和日照百分率年内变化

西昌气象站多年逐月日照时数和日照百分率分别见表4、表5。日照时数和日照百分率年内变化分别见图4、图5。

图4 西昌气象站日照时数年内变化图

表4 逐月日照时数成果 单位：h

表4和图4表明，西昌1961年～1990年和1999年～2008年两个时段的多年年平均日照时数分别为2445 h和2161 h。月日照时数最高值分别为263 h和244h，出现在3月；最低值分别为141 h和130 h，分别出现在9月和6月。

表5 逐月日照百分率成果 单位：%

图5 西昌气象站日照百分率年内变化图

表5和图5表明，西昌1961年～1990年和1999年～2008年两个时段的多年平均日照百分率分别为56%和50%。月日照时数最高值分别为72%和68%，分别出现在1月、2月和3月；最低值分别为36%和32%，出现在6月。

表4、表5和图4、图5表明，近10年的太阳日照时数和日照百分率较1961年～1990年有所减少。

3.5 站址区域太阳能资源丰富程度

根据《太阳能资源评估方法》，以太阳总辐射的年总量为指标，进行太阳能资源丰富程度评估。具体的资源丰富程度等级见表6。

四川太阳能资源分布极不平衡，大致以龙门山脉、邛崃山脉和大凉山为界，东部太阳能极少，川西高原是四川省太阳能的主要分布区。四川省年总辐射分布图见图6。

图6 四川省年总辐射分布图

≥6300MJ/(m2.a) 资源最丰富5040～6300MJ/(m2.a) 资源很丰富3780～5040MJ/(m2.a) 资源丰富＜3780MJ/(m2.a) 资源一般

西昌太阳能光热电站位于川西高原。依据四川省年总辐射分布图，西昌太阳能站址年总辐射量在5500 MJ/m2～6000 MJ/m2之间；由表1可见，西昌太阳能站址计算多年年平均总辐射量为5774 MJ/m2；最近1年实测年总辐射量在5400 MJ/m2以上，由此可见，西昌太阳能站址位于太阳总辐射资源很丰富区域。

3.6 站址区域太阳能资源稳定程度

根据西昌气象站的总辐射量和日照时数，计算年内变化最大差值见表7。

表7 西昌总辐射量和日照时数年内变化

根据近10年西昌气象站的日照时数和日照百分率，计算年际变化最大差值见表8。2009年的日照时数2121 h比近10年均值2161 h稍小。

表8 西昌日照时数和日照百分率年际变化

根据西昌气象站近10年逐年逐月日照时数统计，选择与近10年均值最接近的一年为太阳辐射典型年。太阳辐射典型年2000年各月日照时数≥6小时的天数见表9，计算出站址太阳能资源稳定系数见表10。

表9 典型年逐月日照时数≥6小时的天数

表10 太阳能资源稳定系数

根据《太阳能资源评估方法》，太阳能资源稳定系数为各月的日照时数大于6 h的天数的最大值与最小值的比值。稳定系数小于2，稳定程度为稳定；稳定系数大于等于2小于等于4，稳定程度为较稳定；稳定系数大于4，稳定程度为不稳定。由表9可知，西昌站址稳定系数等于3.1，太阳能资源稳定程度为较稳定。

4 结语

⑴西昌太阳能电站属太阳总辐射资源很丰富区域。

⑵昌太阳能电站太阳能资源稳定程度为较稳定。

⑶昌实测太阳直接辐射总量大于4000 MJ/m2，即在1100 kwh/m2以上。月太阳直接辐射最高值出现在3月；次高值出现在2月；最低值出现在7月。雨季的云层使直接辐射显著削弱。西昌太阳能光热电站发电能力最差的季节就是5～10月的雨季，特别是降水时间最多的7月。

⑷近1年实测直接辐射量大于等于500 W/ (m2. min)的小时数为1225.5 h。

⑸2009年日照时数约低于近十年的均值。近10年日照时数年际最大差值为387.4 h。近10年的太阳日照时数和日照百分率较1961年－1990年有所减小。

⑹山州气象台直接辐射观测不是全自动观测，其观测值应比实际值小。本文所使用的近一年太阳辐射实测值仅供揭示其变化规律，工程应用所需准确值可从当地气象部门收资。

⑺射辐射对太阳能光热电站发电也会有一定贡献，考虑太阳能电站规模和占地面积时可对直接辐射总量适当增加。

⑻热发电的重要参数：直接辐射总量及其不同量级分布小时数。由于作该项观测的气象站极少，需探讨用常规气象资料、气象卫星资料和地理信息系统资料等进行较科学的评估；在一些太阳能资源很丰富和最丰富区域，建议尽快建立一些直接辐射观测站，为准确进行该地区太阳能资源评估积累必要的基础资料。

[1] 编委会.中华人民共和国气候图集[K].北京：气象出版社，2002.

[2] QX/T89-2008太阳能资源评估方法.

[3] 朱瑞兆，等.中国太阳能、风能资源及其利用[M].北京：气象出版社，1988.

[4] 陈世训，等.气象学[M].北京：农业出版社，1981.

[5] 谭冠日，等.应用气候[M].上海：上海科学技术出版社，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

谢运华(1965-)，男，重庆人，高级工程师，从事导线覆冰灾害的评价和防治及太阳能研究应用工作。