贵州省光伏电站集中开发区太阳能资源评估

丁立国，黄晨然

(贵州省气候中心，贵州 贵阳 550002)

0 引言

贵州省的能源结构以煤为主，燃煤造成的环境污染日益突出，调整能源结构，增加替代能源，实现能源的可持续发展和解决广大山区农村的能源问题已迫在眉睫，要求必须加快太阳能等可再生能源的开发利用[1]。贵州省是我国太阳能资源相对匮乏的地区，但是贵州省西部威宁、盘县等地区太阳能资源相对丰富，具备一定的开发价值，陈娟等[2]利用贵州省所有气象站到达地面太阳辐射和日照实测资料，对贵州太阳能利用带进行区域气候划分和综合潜力评价，其中贵州西部地区被划分为太阳利用资源丰富带，约占贵州总面积的18%，属于贵州省太阳能高效利用最佳区域。该区域的地形多以高海拔山地为主，利用当地荒山和太阳能资源，可改善当地电网结构，为贵州电网提供清洁可再生能源，保护当地生态环境；同时有利于人民群众增收就业，有利于人民群众生活方式变革，具有明显的产业带动和社会效益。

本文利用贵州省光伏电站集中开发区仅有的威宁、水城、兴仁和紫云4个辐射站2011年1月—2016年2月的月总辐射和日照时数资料，采用气候学辐射模型推算方法得到了适合该地区的太阳能总辐射气候学计算公式，并由此对该地区的太阳能资源进行评估。

1 资料和方法

1.1 资料

本文选取贵州省光伏电站集中开发区的威宁、水城、兴仁和紫云4个辐射站2011年1月—2016年2月的月总辐射和日照百分率资料以及该地区18个站点2009—2018年的月日照时数资料。

1.2 方法

1.2.1 研究区域的选取 本文根据贵州近几年光伏企业在贵州开发光伏电站的选址位置，选择贵州西部和西南部18个县作为贵州省光伏电站集中开发区的评估区域，该区域包括了贵州省90%以上的光伏电站开发选址，选址分布情况如图1所示。

1.2.2 计算方法 根据气候学辐射模型推算方法，太阳总辐射Q的气候学计算公式为：

Q=Q0(ag+bg×S)

(1)

式中：Q0为水平面天文辐射，S为日照百分率，ag、bg为经验系数。本文在推算太阳辐射值时，以月的实测太阳辐射数据与日照百分率来拟合得到ag、bg系数，从而计算得到辐射值。

2 太阳能资源分析

2.1 气候学模型推算

将威宁、水城、兴仁和紫云4个站点2011年1月—2016年2月的月总辐射和日照百分率资料序列合并，剔除缺测和无效数据，样本长度为219，代入式(1)计算经验系数ag、bg,得到太阳总辐射Q的气候学计算公式为：

Q=Q0(0.163 9+0.625 9×S)

(2)

总辐射和日照百分率的相关系数R=0.80，通过了α=0.01的显著性检验，可以认为二者有很好的正相关关系。

利用式(2)计算得到的4个站点的年总辐射结果与年观测值(无缺测观测的年平均值)做误差分析，结果如表1。

表1 4个辐射站年地面太阳总辐射的计算值与实测值对比Tab.1 Comparison of the calculated value and measured value of yearly total solar radiation in 4 radiation stations

从表1可以看出，该模型计算的4个辐射站的太阳总辐射相对误差均低于6%，这一误差水平明显低于我国西南部区域的同类研究。因此，从误差分析来看，上面得到的气候学模型完全可以用于推算贵州省光伏电站集中开发区无辐射观测点的太阳总辐射。

2.2 太阳能总辐射资源分析

本文选取光伏电站集中开发区18个县市区进行该区域的太阳能总辐射资源分析。将各个站点2009—2018年的年平均日照百分率和年总天文辐射代入式(2)中，计算各个站点近10 a的太阳能年总辐射值。

经过推算，贵州省光伏电站集中开发区总辐射平均值为4 340.3 MJ/m2。年总辐射除六枝外，其他站点均在4 000 MJ/m2以上，其中最大值出现在盘州站。按照《太阳能资源等级 总辐射》(GB/T 31155-2014)资源丰富等级标准，贵州省光伏电站集中开发区全年太阳能资源总量处于资源丰富等级(图2)。

图2 贵州省光伏电站集中开发区太阳能总辐射资源分布图(单位：MJ/m2)Fig.2 Distribution of total solar radiation resources in photovoltaic power station centralized development zone of Guizhou Province(Unit: MJ/m2)

2.3 太阳能资源稳定度分析

总辐射各月平均日辐照量的多年平均值的最小值与最大值的比值表示太阳能资源稳定程度，比值越大，说明太阳能资源全年变化越稳定，就越利于太阳能资源的利用。通过计算，贵州省光伏电站集中开发区太阳能资源稳定度在0.24～0.57之间。按照《太阳能资源等级 总辐射》(GB/T 31155-2014)资源稳定度等级标准，贵州西部边缘的威宁和盘州处于资源很稳定等级，水城、普安、兴仁、兴义、安龙处于资源稳定等级，其余地区在一般或欠稳定等级。稳定度等级自西向东逐渐降低(图3a)。

2.4 日照有效性分析

国内外一般利用各月日照时数>6 h的天数为指标，反映太阳能资源的利用价值；据研究，在贵州日照时数>3 h的天数能够在一定程度上反映分布式太阳能资源的利用价值，因此我们选取大于6 h和大于3 h的天数进行日照有效性分析。

贵州光伏电站集中开发区18个站点日照>6 h的天数在100～150 d之间，其中威宁、盘州、普安、兴义和安龙在130 d以上(图3b)。大于3 h的天数在145～208 d之间，威宁、盘州、普安、兴义、安龙、册亨和望谟在190 d以上(图3c)，具备一定的太阳能资源开发利用价值。大于6 h和大于3 h的天数自西向东逐渐减少。

图3 贵州省光伏电站集中开发区太阳能资源稳定度(a)、日照时数>6 h(b)和>3 h(c)天数分布图Fig.3 Distribution of solar energy resource stability(a),days of sunshine greater than 6 hours(b),greater than 3 hours(c) in photovoltaic power station centralized development zone of Guizhou Province

3 结论

①经过气候学推算及误差检验，计算公式可以用于推算贵州省西部地区无辐射观测台站的太阳总辐射。

②贵州省光伏电站集中开发区太阳能资源丰富，稳定度大部在一般等级以上，西部边缘地区可达很稳定等级，日照时数>6 h和3 h的天数较多，适合太阳能资源开发利用。