承德市太阳能资源评估及开发潜力研究.pdf
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1、引 用 格 式:WAN GY u l i n g,S H IY a n g,P E N GJ i u h u i R e s e a r c ho nS o l a rE n e r g yR e s o u r c eE v a l u a t i o na n dD e v e l o p m e n tP o t e n t i a l i nC h e n g d eC i t yJJ o u r n a l o fG a n s uS c i e n c e s,():王玉玲,史洋,彭九慧承德市太阳能资源评估及开发潜力研究J甘肃科学学报,():d o i:/j c n k i i s
2、 s n 承德市太阳能资源评估及开发潜力研究王玉玲,史洋,彭九慧(承德市气象局,河北 承德 ;承德县气象局,河北 承德县 )摘要为了客观评价承德市太阳能资源及开发潜力,利用围场县 年逐小时太阳辐射数据和承德市个国家地面气象观测站 年逐日日照时数及月日照百分率资料,按照 太阳能资源评估方法,分析承德市太阳能资源丰富程度、年日照时数、稳定度、可利用状况等,并对太阳能开发潜力进行评估.结果表明:承德市太阳能资源属于很丰富区,且非常稳定,年日照时数多于 h,可利用天数大于 d,相对而言,平泉市、丰宁县、滦平县的开发潜力更高一些,未来开发利用太阳能应优先考虑这些区域.关键词太阳能资源;开发潜力;日照时数
3、;稳定度;利用状况中图分类号:P 文献标志码:A文章编号:()太阳能资源是一种“取之不尽、用之不竭”的清洁能源,开发利用前景十分广阔.世纪 年代,A n g s t r o m和K i m b a l l先后提出估算太阳辐射的日照百分率模型和云量模型;世纪中期,中国开始对地表太阳进行观测,研究太阳能资源评估工作,文献 中在我国太阳辐射的计算方法上做出了大量探索.近些年还有关于北方沙区、华南地区、黄河流域 等区域尺度的太阳能资源分析,还有针对各省份 的评估,但是对承德市特殊生态区的太阳能资源分布特征及开发潜力研究暂未出现.河北省太阳能资源相对丰富,文献 中利用河北省及周边省份常规气象观测站和太阳
4、辐射站资料,计算出河北省天文辐射、直接辐射、散射辐射、地形反射辐射和总辐射的空间分布,分析了起伏地形太阳辐射时空分布特征及天文、地理、地形地貌、大气透明度等因子对太阳辐射分布的影响规律;文献 中利用河北周边省份太阳辐射观测站资源,分别研究了河北省水平面太阳总辐射、散射辐射、直接辐射的时空分布特征;文献 中分别研究了定兴县、来源县的太阳辐射的基本特征.承德市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二三五年远景目标纲要 文件中指出“十四五”期间承德市要培育壮大清洁能源产业,积极开发利用风能、太阳能资源,风电、光伏发电装机规模力争达到 k W.本次研究利用围场县 年逐小时太阳辐射数据和承德市个国家地面气
5、象观测站 年逐日日照时数及各月日照百分率资料,按照 年国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会发布的 太阳能资源评估方法,基于G I S技术分析了承德市太阳能资源丰富程度、空间分布特征、稳定程度等,进一步对太阳能开发潜力进行评估,为合理开发该区域太阳能资源提供技术支撑和科学依据.资料和方法资料来源数据来源于承德市气象局 承德市个国家地面气象观测站 年逐日日照时数及月日照百分率、承德市围场县 年逐小时太阳辐射,并对所有数据进行了严格的质量检测.第 卷第期 年月 甘 肃 科 学 学 报J o u r n a l o fG a n s uS c i e n c e sV o l N o A u
6、 g 收稿日期:;修回日期:基金项目:承德市科技局科技专项(F )作者简介:王玉玲(),女,河北承德人,硕士研究生,研究方向为气象服务与应用气象.E m a i l:w a n g y u l i n g c o m通信作者:彭九慧,E m a i l:p e n g j i u h u i c o m计算方法()月太阳总辐射计算目前承德市境内仅有围场县有太阳辐射观测站,以围场县为参考点,利用经验公式拟合求得经验系数a、b,再带回公式计算其他个观测站的月太阳总辐照量.经验公式为GHRmEHRm(abs),()其中:GHRm为月水平面总辐照量(M J/m);EHRm为月地外水平面太阳辐照量(M
7、J/m);a、b为经验系数;s为月日照百分率().EHRm可由当月逐日辐照量累计求和得到,日地外水平面太阳辐照量计算公式为E H Rd E N D Ic o sc o ss i n s i ns i n ,()其中:EHRd为日地外水平面太阳辐照量(M J/m);为当地纬度();为太阳赤纬(),计算公式为 s i n n ;()E N D I为地外发现辐照度(W/m),计算公式为E N D IEn c o s n ;()n为积日,即日期在一年的序数,月日取日序;En为太阳常数,取 W/m;为日落时刻的时角,计算公式为c o s t a nt a n.()()经 验系数的确 定将围 场县 年月
8、年 月的逐月总辐照量和日照百分率序列合并,将无效数据删除,采用最小二乘法拟合经验系数a、b,得到太阳辐射气候学推算模型为GHRmEHRm(s).月总 辐 照 量 和 日 照 百 分 率 的 相 关 系 数 为 ,通过了 显著性检验,表明两者有很好的正相关关系.利用上述公式计算出围场县年总辐射,并与实测值做误差分析,结果见表.由表可知,利用该模型计算的年太阳辐射值相对误差低于,完全可用于推算承德市其他无辐射观测站点的太阳总辐射.()太阳能资源稳定度计算太阳能资源稳定度用来表征太阳能资源年内波动的幅度,根据 太阳能资源评估方法 及文献,通常采用各月的日照时数大于h天数的最大值与最小值的比值表示,计
9、算公式为Km a x(D,D,D)m i n(D,D,D),()其中:K为太阳能资源稳定度指标,无量纲;D,D,D 为 月各月日照时数大于h的天数(d);m a x()为求最大值的标准函数;m i n()为求最小值的标准函数.K值越小,说明太阳能资源年内变化越稳定,越有利于太阳能资源利用.表围场县年太阳总辐射实测值与计算值对比分析T a b l eC o m p a r a t i v ea n a l y s i so fm e a s u r e da n dc a l c u l a t e da n n u a l t o t a l s o l a r r a d i a t i o
10、 ni nW e i c h a n gC o u n t y年份实测值/(M Jm)计算值/(M Jm)相对误差/()太阳能资源开发潜力评价方法太阳能资源开发潜力评价指标主要选取太阳总辐射值、年日照时数、稳定度、可利用价值,将太阳辐射值、年日照时数、可利用价值,将太阳辐射值、年日照时数、可利用价值按公式x xxm i nxm a xxm i n进行归一化,稳定度按公式x xxm i nxm a xxm i n进行归一化,利用G I S的栅格计算器按公式PnnPi计算太阳能资源开发潜力总分值,并绘制太阳能资源开发潜力分区图.结果与分析太阳能资源丰富等级基于 太阳能资源评估方法 国家标准,计算承
11、德市各县(市)年逐月太阳总辐射值,并在G I S中选用样条函数插值法进行空间化,得到承德市 年的均太阳辐照量分布图(见图).图承德市 年年均太阳辐照量分布F i g T h ed i s t r i b u t i o nm a po fa n n u a l s o l a rr a d i a t i o ni nC h e n g d ec i t y f r o m t o 第 卷王玉玲等:承德市太阳能资源评估及开发潜力研究由图可知,承德市各县(市)年年均太阳总辐射在 M J/m,平均为 M J/m,呈现从东南向西北先增加再减少的趋势.根据丰富程度等级划分标准,GHR M J/m为资源
12、最丰富区;M J/mGHR M J/m为资源很丰富区;M J/mGHR M J/m为资 源 丰 富 区;GHR M J/m为 资 源 一 般区,故承德市整体处于太阳能资源很丰富区,等级为B,其 中 滦 平 县 为 全 市 太 阳 辐 照 量 最 高 的 区 域(M J/m),其次为平泉市(M J/m),宽城县最低(M J/m).由于太阳辐射观测资料不足 年,暂不做太阳辐照量年际分析.日照时数时空分布特征承德市各县(市)多年平均(年)日照时数在 h,空间上呈现北多南少的分布 特 征,其 中 丰 宁 县(h)、平 泉 市(h)为全市日照时数最多的区域,宽城县为年均日照时数最少的区域(h)(见图).
13、同时为了解承德市日照时数的年际变化特征,对承德市年均日照时数(年)的变化趋势分析发现(见图),年均日照时数以 h/a的速率图承德市 年年均日照时数分布F i g T h ed i s t r i b u t i o nm a po fm e a na n n u a l s u n s h i n ed u r a t i o n i nC h e n g d ec i t y f r o m t o 图承德市 年均日照时数变化趋势F i g T h ev a r i a t i o nt r e n do fa n n u a l s u n s h i n ed u r a t i o n
14、i nC h e n g d ec i t y f r o m t o 下降(通过 显著性检验);与不同年代比较发现,世纪 年初至 世纪初日照时数呈减少趋势,年以后又呈现出增加趋势.分析承德市各季太阳辐射值,春季太阳辐射为 M J/m,夏季为 M J/m,秋季为 M J/m,冬季为 M J/m,排序为夏季春季秋季冬季,其中月太阳辐照量最大,月最小.太阳能资源稳定度等级采用公式()计算承德市各县(市)太阳能资源稳定度,并在G I S中选用样条函数插值法进行空间化(见图),得出K值在 之间,根据标准K为稳定,K为较稳定,K为不稳定可知,各县(市)太阳能资源均达到稳定等级,相对而言,隆化县的稳定程度
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