甘肃河西地区太阳能资源探究

武 丹 1，2，3，4

（1陕西省土地工程建设集团责任有限公司 陕西西安 710075 2陕西省地建土地工程技术研究院有限责任公司 陕西西安 710075 3国土资源退化及未利用土地整治工程重点实验室 陕西西安 710075 4陕西省土地整治工程技术研究中心 陕西西安 710075）

引言

太阳是一个硕大的能量宝库，与常规的能源相比较，其优点较为突出。我国的太阳能资源利用规模形成开始于20世纪70年代，而且我国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入科技攻关计划，制定了一系列辅助太阳能利用产业的政策措施。[1]目前，我国太阳能资源发展已居于世界前列。甘肃省太阳能产业呈现出两强一弱的态势。两强即太阳能资源丰富、太阳能利用程度比较高；一弱是太阳能相关产业发展，以及对新能源所产生的电能的输送和消纳能力薄弱。与发达地区相比，甘肃省缺乏具有一定规模的企业，太阳能产业发展存在成本障碍、技术薄弱和企业规模小，竞争力较弱等限制因素，加上地区经济发展相对缓慢，导致市场供需失衡。同时，对太阳能的财政支出有限，在很大程度上制约着甘肃太阳能产业的发展。

1 研究区气候概况

河西地区属于温带大陆性干旱、半干旱气候，有其独特的气候特点：

（1）降水量比较稀少。河西地区降水量呈现由西北向东南逐渐增多的分布趋势，并且在空间分布上降水量很不均匀。河西大部分地区年降水量在150mm以下，西部地区年降水量在100mm以下，其中敦煌、安西、鼎新年降水量小于60mm，敦煌为42.2mm，是河西地区年降水量最少的地方；民乐、古浪、乌鞘岭年降水量超过300mm，乌鞘岭405mm，是河西年降水量最多的地方。河西地区降雨季节分配极不均匀，一般夏季多，冬季少，春秋两季居中，且秋雨多于6℃，依次向两端递减；最冷月为1月，平均气温在-11.8--7.2oC之间；最热的地方为最春雨，特点是雨热同期[2]。

（2）热量充足。河西地区年平均气温0-9.5℃。各地最热月为7月，平均气温在11.4-24.西端的敦煌，最冷的地方为最东端的乌鞘岭；平均气温日较差大部分都在14℃以上，气温日较差夏季大于冬季；平均气温年较差大部分在26℃以上[3]。

（3）风能资源较为丰富。河西地区年平均风速的地域分布趋势是西北部大、东南部小，除河西中部和东部的部分地区外，其余各地年平均风速在3m/s以上，乌鞘岭虽处在东南部，但由于其海拔较高，年平均风速达5.1m/s，是河西地区年平均风速最大的地方，凉州区年平均风速只有1.8m/s，是河西地区年平均风速最小的地方，且风速年际变化小[4]。

（4）光照比较充足。河西地区海拔较高，干燥少云，空气透明度高，日照时间长，太阳光能资源极其丰富。其地域分布为由西北向东南逐渐减少，季节分布为夏季辐射强、日照时数长，冬季辐射弱、日照时数短，春秋两季居中[3]。

2 太阳总辐射变化分析

2.1 太阳总辐射年内变化

近21年各站平均太阳总辐射的年内分布状况如图2所示。由图可以看出：敦煌、酒泉、民勤三站的年内太阳总辐射呈现近似正态分布，月总辐射平均值分别为530.6MJ/(m2·a)、512.0MJ/(m·2a)、530.4MJ/(m·2a)；月总辐射在 11-2 月的数值差异较小，从3月开始数值上升趋势增大，在5月份达到峰值，5-8月份平缓下降，从9月份开始明显下降，在11月份开始趋于平缓；三个辐射站月总辐射最大值均出现在5月份（6月次之，4、7、8月也较多），其值分别为 763.90MJ/(m2·a)、740.24MJ/(m2·a)和 757.90MJ/(m·2a)；最小值则均出现在 12 月份，其值分别为 256.38MJ/(m·2a)、253.38MJ/(m·2a)和 297.43MJ/(m·2a)。

图1 月平均太阳辐射

2.2 太阳总辐射年际变化

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1[6]:

表1 太阳能资源丰富程度等级

表1中指标1与指标2均表示单位面积上接收到的太阳辐射能量，1KW·h/(m·2a)=3.6MJ/(m·2a)。

图2为敦煌、酒泉、民勤三地的年太阳总辐射变化情况。通过计算可知，敦煌在21年的年太阳总辐射平均值为6335.91MJ/(m2·a)，其中有 8 年低于平均值，线性倾向率为 4.96MJ/(m2·a)，年太阳总辐射呈现上升趋势；酒泉在21年的年太阳总辐射平均值为6115.59MJ/(m·2a)，其中有9年低于平均值，线性倾向率为-3.16MJ/(m·2a)，年太阳总辐射呈略微的下降态势；民勤在21年的年太阳总辐射平均值为6249.01MJ/(m2·a)，其中有10年低于平均值，线性倾向率为-13.62MJ/(m·2a)，下降趋势较明显。经过显著性检验得出，只有民勤有显著性下降趋势，其他两地没有显著性变化。

各地历年太阳总辐射的极值分布是：敦煌最大值为6671.14MJ/(m·2a)(2012 年)，最小值为 5302.20MJ/(m2·a)(2010 年)；酒泉最大值为6362.56MJ/(m·2a)(1995年)，最小值为5807.58MJ/(m2·a)(2010 年)；民勤最大值为 6613.26MJ/(m2·a)(1997 年)，最小值为5950.46MJ/(m·2a)(2010年)。河西地区各地最近21年年太阳总辐射在5302-6672MJ/(m2·a)之间，属于太阳能资源较丰富-丰富地区。而最小值集中出现在2010年，很有可能与该年份气候异常有关。

图2 各站年太阳总辐射

2.3 太阳总辐射季节变化

由图3得出，太阳总辐射存在明显的季节变化。夏季太阳总辐射最强，三站夏季平均达2124.6MJ/(m2·a)，为冬季的两倍以上；其次为春季，达 1935.4MJ/(m2·a)；秋季为 1303.3MJ/(m2·a)，最弱的是冬季仅 928.8MJ/(m2·a)。

计算表明，河西各地1993-2013年春季、夏季、秋季、冬季历年平均太阳总辐射占年平均太阳总辐射的比例范围分别为30%-31%，33%-34%，20%-21%，14%-16%，非常稳定。从河西地区3个辐射站点各个季节的逐年变化(见图3)可以看出：敦煌太阳总辐射的春、夏、秋三季的极大值均在1998年和2009年出现，且均在2010年出现极小值，春、夏两季波动较大，秋、冬两季较小；酒泉的太阳总辐射四季变化相似，年较差变化不大，四季的变化较平缓；民勤的太阳总辐射在2002年的春、夏两季出现极大值，波动幅度较大，秋、冬两季变化平稳，没有明显地波动。总体来说，夏季太阳总辐射量最大，其次为春季、秋季、冬季，季节变化较大，春季和夏季总辐射量是冬季的两倍以上。

通过显著性检验表明，敦煌、酒泉四季太阳总辐射均无显著性变化，民勤除冬季有显著性下降外，其他季节也没有显著变化。

图3 三站历年四季太阳总辐射，(a)：敦煌；(b)：酒泉；(c)：民勤

结语

敦煌、酒泉、民勤的年太阳总辐射在5302-6672MJ/(m2·a)之间，属于太阳能资源较丰富地区。在年内变化上，辐射量最大值出现在5月份，最小值出现在12月份。从季节上来说，太阳总辐射由多到少的顺序为夏季、春季、秋季、冬季。通过分析河西地区进21年太阳能资源发现西地区各地最近21年太阳能资源均属于较丰富-丰富地区并且太阳能资源较稳定。