辽宁省彰武县太阳能资源分析

辽宁省彰武县太阳能资源分析1.1区域太阳能资源概况1.1.1我国太阳能资源及分布特点我国的太阳能资源十分丰富，我国陆地表面每年接收的太阳能就相当于17000亿吨标准煤。根据气象部门的调查、测算：我国太阳能年总辐射量最大值在青藏高原，高达10100MJ/m2，最小值在四川盆地，仅3300MJ/m2。从大兴安岭南麓向西南穿过河套，向南沿青藏高原东侧直至西藏南部，形成一条等值线。此线以西为太阳能丰富地区，年日照小时数3000h，这是由于这些地区位于内陆，全年气候干旱、云量稀少所致；此线以东地区（即我国东北、华北、长江中下游地区）以四川最小，由此向南、北增加，广东沿海较大；内蒙古东部、华北较大，至东北北部又趋减小。由于丰富和较丰富区占国土面积2/3以上，因而我国是一个太阳能源丰富的国家，开发、利用前景看好。我国太阳能资源的分布，见下图：图1.1我国太阳能辐射量分布图1-11.1.2辽宁省太阳能资源分布特点辽宁省是太阳能资源比较丰富的地区，年太阳总辐射平均值为5000MJ/m2左右。其中，朝阳地区的总辐射量最大，沈阳地区最少。从季节上看，春夏季辐射量较大、秋冬季辐射量较小。春、夏、秋、冬四季总辐射量分别占年总辐射量的31.4%、32.7%、21.3%和14.5%。辽宁省各地的年均日照时数为2139～2938h，最低值出现在辽东山区的草河口县，最高值出现在辽西北的建平县，辽宁省年平均日照时数为2543h。全省日照时数分布呈由西向东减少形势，辽西山区和辽北边界地区日照时数较多，在2800h以上；东部山区日照时数较少，在2500h以下。云量是影响日照时数的重要因子，日照时数的空间分布与全省西北干旱少云、东部多雨多云的气候特点相符。与我国其它地区相比，辽宁省日照时数相对较多，属我国日照丰富的省份。推算出全省平均年太阳辐射量为5000MJ/㎡，各地年太阳总辐射量为4513～5344MJ/㎡，辐射量最大值出现在南部海岛上的长海县，最小值出现在草河口县。太阳总辐射分布主要受气候和地形影响，分布形势大致是由西至东减弱，与降水量分布相反、与日照分布相一致。辽西和沿海地区辐射量较大，东部山区辐射量较小。下图为辽宁省太阳总辐射空间分布图：彰武县图1.2辽宁省辐射量、日照时数分布图1-2辽宁省阜新市位于东经121°01′至122°58′，北纬41°41′至42°51′之间，地处辽宁省西北部，科尔沁大沙漠的前沿，东接沈阳市，西连朝阳市，南靠锦州市，北邻内蒙古自治区。目前行政区域总面积10355km2。境内多低山丘陵，地型特点是“四山五丘一平原”。春季干旱多风、夏季炎热少雨、冬季严寒少雪，属北温带大陆性季风气候，主导风向为西南风。阜新地区日照比较充足，在全省处于高值区，高于全国的平均指数，特别适合于发展太阳能光伏发电产业。1.1.3气象站基本情况考虑到彰武气象站距离场址较近，本报告气象基本要素资料参考彰武气象站资料，太阳辐射分析分别参考朝阳气象站辐射资料、朝阳气象站日照时数、彰武气象站日照时数资料进行分析。图1.4附近气象站相对位置示意图彰武气象站基本情况如下：表1.1彰武气象站基本情况一览表站名位置纬度经度海拔高度建站时间1-3彰武彰武县东部4225N12232E79.4m1952.05彰武气象站建站于1952年5月，至今经历了1次迁址，台站沿革历史详见表1.2。表1.2彰武气象站历史沿革表序号开始～终止时间纬度经度观测场海拔高度站址地理环境11952.05.24～1964.12.314224N12229E81.3m彰武县北门外四街北郊平原台站位置变化21965.01.01～至今4225N12232E79.4m彰武县城郊乡东郊平原彰武气象站各项气象要素多年统计值见下表：表1.3彰武县各气象要素统计表（1952年-2008年）气象要素数值出现时间年平均气温7.7℃极端最高气温38.3℃2001极端最低气温-36.3℃2001最低气温低于-30℃的年最多天数7日年平均气压1006.1hPa年平均水气压9.1hPa年平均降水量509.0mm年平均相对湿度60%年平均风速3.8m/s最大风速25.0m/s1972年平均雷暴日数33日年最多雷暴日数47日1971年最少雷暴日数20日1997最大冻土深度148cm年最长冻土期160日最大积雪厚度26cm年最多沙尘暴日数7日朝阳气象站基本情况如下：朝阳气象站即朝阳市气象局，建站于1952年5月，该气象站为国家基准气象站，具有风、温、压、湿、日照、太阳总辐射要素的长期观测，其中太阳总辐射观测资料开始于1963年5月，1993年具有信息化的逐时太阳总辐射资料。朝阳站历史沿革：1964年11月1日至今位于朝阳县城南郊，地理坐标为东经120°27′、北纬41°33′，海拔高度为169.9m。1-41.1.4特殊气候条件的影响根据收集到的光伏电站附近长期气象站-彰武气象站观测的多年气象要素资料，结合站址的实际情况，对以下各种特殊气象条件的影响进行分析。（1）气温条件影响本工程选用逆变器的工作环境温度范围为-25～+55℃，选用电池组件的工作温度范围为-40～+85℃。正常情况下，太阳电池组件的实际工作温度可保持在环境温度加30℃的水平。根据彰武县气象站提供的的多年实测气象资料，本工程场址区的多年平均气温7.7℃，多年极端最高气温38.3℃，多年极端最低气温-36.3℃。因此，按本工程场区极端气温数据校核，本项目太阳电池组件的工作温度可控制在允许范围内。本项目逆变器虽然工作环境温度范围为-25℃，但因布置在室内，其工作温度也可控制在允许范围内。故场址区气温条件对太阳能电池组件及逆变器的安全性没有影响。另外，本工程太阳能电池组件运行环境温度年平均温度较低，在太阳能电池组件的串并联组合设计中，应根据当地的实际气温情况进行温度修正计算，以确保整个太阳能发电系统在全年中有较高的运行效率。（2）风速条件影响本工程站址地势平坦开阔，全年平均风速3.8m/s。当太阳能电池组件周围的空气处于低速流动状态，可增大组件的对流换热，降低组件的工作温度，有助于提高发电量。同时，由于阵列集中布置的面积较大，为确保光伏组件的安全运行，在组件支架设计时需适当考虑风荷载对支架不利的影响。（3）沙尘暴条件影响彰武地区年最多沙尘暴日数为7天，沙尘天气对大气影响较大，空气中粉尘量剧增，大气透明度大幅度降低，大气中的尘埃和粉尘大大阻挡和减弱了太阳直射，加之该区域海拔高，降雨量少，在大风季节里，极易出现沙尘天气。在系统设计中应采取有效的防风沙措施和方便可行的日常清洗方法。（4）雷暴条件影响彰武县年最多雷暴日数为47天，属于雷暴日较多地带。电池阵列均固定金属1-5支架之上，且阵列占地面积较广，雷电对光伏电站运行有一定的危害，电站应采取可靠的防雷接地措施。（5）积雪、冰雹条件影响降雪和积雪对光伏电站运行的影响较大，降雪天气出现时，积雪会覆盖电池组件板面，对电站的发电造成较大影响。本项目固定安装的电池阵列面倾斜角度较大，有利于积雪滑落；实际运行中应在降雪天气后及时清理电池组件表面的积雪，使其对发电的影响减低到最小程度。彰武县年最大积雪厚度26cm，需考虑适当的除雪方案。1.2太阳能资源分析1.2.1基础数据资料本次光资源分析收集到以下辐射资料：1、朝阳气象站1981~2010年近30年的逐月太阳能辐射资料；2、朝阳气象站1981~2010年近30年的逐月日照时数资料；3、彰武气象站1981~2010年近30年的逐月日照时数资料；1.2.2朝阳气象站辐射资料分析（1）朝阳气象站辐射量和日照时数年际变化表1.4朝阳气象站近30年辐射量(MJ/m2)年份辐射量年份辐射量年份辐射量1981549619915491200138291982547819925383200251971983489719935452200350921984518019945387200450431985493219955278200545571986525719965341200652831987513019975543200752491988541219985168200846301989539119995286200952251990537620005296201050801-6表1.5朝阳气象站近30年日照时数（h）年份辐射量年份辐射量年份辐射量1981281319912593200127561982284119922613200226161983289419932817200325151984288919942854200425881985264219952764200524481986273619962812200623641987255419972848200724851988273219982581200824371989284219992710200925921990254420002707201024390100020003000400050006000198119821983198419851986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010年份MJ/m2图1.5朝阳气象站辐射量年际变化直方图1-70500100015002000250030003500198119821983198419851986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010年份日照小时数图1.6朝阳气象站日照小时数年际变化直方图经统计，朝阳气象站近30年辐射量平均值为5179MJ/m2，最低值为2001年，3829MJ/m2，通过图1.5和图1.6对比分析，可知2001年日照时数正常，但所测辐射量较低，所以考虑可能朝阳气象站2001年辐射值测量有误，故本次太阳能资源分析采用朝阳气象站1981年-2010年（去掉2001年）的逐月基础数据进行分析。朝阳气象站1981年-2010年（去掉2001年）辐射量平均值为5225MJ/m2。除2001年外，从1981年到2010年，朝阳地区的辐射量呈波动性变化，变化幅度不大。另外彰武地区风能资源较好，雾霾天气较少，大气透明度较好。朝阳气象站近30年日照时数平均值为2668h。（2）朝阳气象站辐射量、日照时数年内变化朝阳气象站近30年平均太阳辐射量年内变化如下图所示。表1.6朝阳气象站近30年平均太阳辐射量年内变化表（MJ/m2）月份辐射量（MJ/m2）1243230934644541562466061-8759185489472103721124612210合计52250100200300400500600700123456789101112月份辐射量图1.7朝阳气象站多年平均太阳总辐射量年内变化图上图可以看出，朝阳气象站太阳能辐射量年内变化较大，3~9月份较大，其它月份较小；最大辐射量出现在5月，为624MJ/m2，最小辐射量出现在12月，为210MJ/m2。表1.7朝阳气象站近30年日照时数年内变化表（h）月份日照时数h119922013233423752546233722482381-99243102301119212182合计2668050100150200250300123456789101112月份日照时数h图1.8朝阳气象站多年平均日照时数年内变化图上图可以看出，朝阳气象站多年平均日照小时数年内变化不大，最大日照时数出现在5月，为254h，最小日照时数出现在12月，为182h。1.2.3彰武气象站资料分析表1.8彰武气象站近30年日照时数年际变化（h）年份日照时数年份日照时数年份日照时数19812847199125422001268719822792199224502002275219832723199324982003248719842731