内蒙古太阳能资源空间分布特性及光伏并网发电利用研究

电 力 技 术Electric Power TechnologyVol.19 No.5Mar.2010第 19 卷 第 5 期2010 年 3 月内 蒙 古 太 阳 能 资 源 空 间 分 布 特 性及 光 伏 并 网 发 电 利 用 研 究周帅林 1，王海生 2，高 健 1，张文博 1，许 轶 2，常德生 2（ 1.大唐国际化工技术研究院有限公司，北京 100070；2.大唐国际发电股份有限公司，北京 100140）【摘 要】依据 2005 ~ 2008 年内蒙古部分地区日照时间和太阳辐射的观测数据，通过理论计算，应用 SURFER软件，采用空间插值分析的方法，研究了 2008年内蒙古太阳能资源的空间分布特性。建立了光伏并网发电成本的计算模型，研究了全区光伏并网发电成本的空间分布趋势。在此基础上，归纳了光伏并网系统投资—年等效满负荷发电时间—发电成本的对应关系曲线，为光伏并网发电项目的选址提供了有力支持。【关键词】太阳辐射；日照时间；空间分布；发电时间；发电成本【中图分类号】 TK519 【文献标识码】 A 【文章编号】 1674-4586(2010)05-0005-04０ 前言内蒙古地域广袤，大部分地区属温带气候，地处中纬度西风带，在国家的内陆腹地，远离海洋，属于较强的大陆性气候，多数地区干旱少雨，太阳能资源十分丰富，近年逐渐形成我国光伏产业发展的一个聚集区，多个大型的光伏电站建设也在规划中。太阳能资源是影响光伏发电成本的关键因素之一，文献 [1] 简单研究了内蒙古西中部的额济纳、锡林浩特、海拉尔三个代表站点 1991 ~ 2006 年逐月太阳总辐射的变化趋势，目前尚未发现有文献对内蒙古全区太阳能资源的空间分布特性进行研究。虽有文献研究了山东、湖北、四川、宁夏、辽宁、新疆等省区的太阳能资源空间分布特性 [2 -8] ，但未发现有文献对国内某一省区的光伏发电时间和发电成本的空间分布趋势展开论述。本文依据国家气象信息中心提供的观测资料，对全区太阳能资源、光伏并网系统年等效满负荷发电时间和发电成本的空间分布特性进行了研究，归纳了光伏并网系统投资—年等效满负荷发电时间—发电成本的对应关系曲线，可作为内蒙古光伏并网发电项目选址的有效分析工具。1 资料与方法选取 5 ~ 年国家一级气象站点逐年逐月太阳辐射和日照时间观测数据，结合国家二级气象站点的年日照时间观测数据，计算二级气象站点的年总辐射，文献 [2,3,5,6,8] 提供了相关的计算方法。再根据一、二级气象站点的年总辐射，分析太阳能资源的空间分布特性。图 1 显示了计算过程以及所采用的SURFER 空间插值分析方法。2 年等效满负荷发电时间及发电成本计算2.1 水平面直接辐射和空间散射辐射计算由国家气象局信息中心提供和第 1节计算所得到的年总辐射为水平面年总辐射。为计算光伏阵列的发电时间，首先需要得到水平面直接辐射 S和空间散射辐射 D。文献 [9-10] 提供了多种计算水平面直接辐射 S和空间散射辐射 D 的经验公式，本文采用如下的计算方法 [ ] ：200 2008116 电 力 技 术 第 19 卷系统投资包括设备及安装工程、建筑工程以× sin( α +β ) / sin(α )4 20087周帅林，等：内蒙古太阳能资源空间分布特性及光伏并网发电利用研究第 5 期从太阳辐射量的角度衡量，内蒙古最适宜建设光伏并网电站的地方是乌拉特中旗、乌拉特后旗等地区，其年太阳总辐射达到 7000 ~ 8000 MJ/m2，年等效满负荷发电时间大于 1800 小时，其次是西南部的额济纳旗和阿拉善右旗等地区，其年太阳总辐射达到 6000 ~ 7000 MJ/m2，年等效满负荷发电时间超过1600 小时。图 5 显示了内蒙古全区太阳能光伏并网发电成本的空间分布趋势 ： 蒙东、蒙中地区发电成本较高，尤其是东北部海拉尔附近地区，接近 1.60 ￥ /kWh ； 西部地区发电成本在 1.20 ~ 1.40 ￥ /kWh 范围内 ； 乌特拉旗地区发电成本接近 ￥ W 。光伏并网系统投资和太阳能辐射量是影响发电成本最为关键的两个因素，图 6 反映了光伏并网系统投资——年等效满负荷发电时间——发电成本之间的对应关系。通过图中曲线，可在已知两个变量时查得另外一个变量，如可在已知系统投资和发电成本时找出对应的年等效发电时间，低于这个小时数的地区不适宜建厂投资。内蒙古年等效满负荷发电时间的空间区划依据图 6 表达的对应关系，比如要求发电成本小于 3 ￥ W ，不同的光伏系统投资对应不同的年等效满负荷发电时间要求 ：布趋势，结果表明 ：(1) 内蒙古的太阳能资源自北向南、自东向西增加，东北部年总辐射较低，为 5000 MJ/m2 左右，西南部年总辐射最大，为 7000 MJ/m2 左右 ；(2) 太阳能资源最丰富的地区是西南部的乌特拉旗地区 ；(3) 太阳能资源与其对应的年等效满负荷发电时间的空间分布趋势并不完全一致，这主要是因为地理纬度也是影响光伏阵列倾斜面上的太阳总辐射量和光伏阵列发电时间的一个因素，如公式 (3) 所示。1.51.00 /k h1. 0 /k h8 电 力 技 术 第 19 卷① 当光伏系统投资为 23000 ￥ /kWp，电站必须建在年等效满负荷发电时间大于 1832 小时的地区，如图 7 中的 A 地区。② 当光伏系统投资下降至 21000￥ /kWp，电站必须建在年等效满负荷发电时间大于 1717 小时的地区，如图 7 中的 A、 B 地区。③ 当光伏 系统投资 下降至 18000 ￥ /kWp，那么光伏电站所在地年等效满负荷发电时间必须大于1538 小时的地区，如图 7中的 A、 B、 C 地区。4 结论内蒙古在今后很长时间内，电源建设仍将以燃煤电厂为主，这将对生态环境造成很大污染。我国政府已制定“开发与节约并存，重视环境保护，合理配置资源，开发新能源，实现可持续发展的能源战略”的方针。光伏发电作为无污染绿色能源，可以优化电力能源结构，促进生态的可持续发展。光伏发电产业将为内蒙古电网输送绿色清洁能源，同时将会为本地区快速增长的经济和电力需求起到一定的支持作用。在目前光伏系统投资偏高的背景下，内蒙古光伏发电项目应主要建设在西南部太阳能资源丰富和发电成本较低的地区。在具体规划中，还应结合其他因素综合考虑，如光伏发电上网条件、用户电价承受能力、距离用电负荷中心远近。同时，内蒙古风力资源丰富， 可重点研究发挥协同效应， 实现“风光互补” ，提高光伏并网发电的经济效益。[ 参 考 文 献 ][1] 佟小 林 ,乌兰 ,王超 ,梁 秀婷 .内蒙 古地区 风能、 太阳能 资源互补性分析 [J]. 内蒙古气象 ,2009,3:32- 33.[2] 王建源 ,冯建 设 , 袁爱民 .山东省太阳 辐射的计算及 其分布[J]. 气象科技 ,2006,34(1):98- 101.[3] 刘可群 ,陈正 洪 , 夏智宏 .湖北省太阳 能资源时空分 布特性及区划研究 [J]. 华中农业大学学报 ,2007,26(6): 888- 893.[4] 杨淑群 ,詹兆 渝 , 范雄 .四川省太阳能 资源分布特征 及其开发利用建议 [J]. 四川气象 ,2007,27(2):15- 17.[5] 桑建人 ,刘玉 兰 , 郑玲 .宁夏太阳能资 源的气候学计 算及时空分布特征 [J]. 宁夏工程技术 ,2007,6(2):108- 112.[6] 龚 强 ,于 华 深 ,蔺 娜 , 汪 宏 宇 ,袁 国 恩 ,张 运 福 .辽 宁 省 风能、 太 阳能 资源 时 空分 布 特征 及 其初 步区 划 [J].资源 科学 ,2008,30(5): 654- 661.[7] 刘佳 ,何清 ,刘蕊 ,陈向军 .新疆太阳辐射特 征及其太阳能资源状况 [J].干旱气象 ,2008,26(4):61- 65.[8] 童 成立 ,张 文菊 ,汤 阳 ,王 洪庆 .逐 日太 阳 辐射 的模 拟计 算[J]. 中国农业气象 ,2005,26(3):165- 169.[9] 祝昌汉 .我国直接辐射的计算方法及分布特征 [J].太阳能学报 ,1985,6(1):2- 11.[10] 林文贤 .各种太阳辐射量的计算公式评述 [J]. 云南师范大学学报 ,1989,9(4):28- 33.[11]Yingn i Jia ng.Est ima tion of mon th ly m ean d ailydiffuse r adia tion in C hina [J].Applie d Ener gy,2009,86:1458- 1464.[12]S.R .W en h a m ,M.A.Gr een , M. E.W a t t , R.C or k is h.Applied P hotovoltaics (Sec on d Edit ion) ,Ea rt hsca n,2007.Research on the Characteristics of Solar Energy ResourcesSpatial Distr ibutionand Utilization of PV Grid-integrated in Inner MongoliaZHOU Shuai-lin 1, WANG Hai-sheng2, GAO Jian1, ZHANG Wen-bo1, XU Yi 2, CHANG De-sheng2(1. Datang International Chemical Technology ResearchInstitute Co., Ltd., Beijing 100070, China;2. Datang International Power Generation Co., Ltd., Beijing 100140, China)Abstract: Based on the actual measureddata of sunlight time and solar radiation in parts of Inner Mongolia during2005-2008, the spatial distribution of the solar energy resource of Inner Mongolia in 2008 were studied theoreticallyby using of SURFER software and spatial interpolation analytic method,. A computation model of grid-integratedphotovoltaic power generation cost was established. The spatial distribution trend of the grid-integrated photovoltaicpower generation cost of entire autonomousregion was researched.According to this, the relation curves of the grid-integrated photovoltaic power system investment, the annual equivalent full-load generation time and the generationcost were induced, which provides powerful support for site selection of the grid-integrated photovoltaic generationjK y ; ; ; ;pro ect.e wor ds: solar radiation sunlight time spatialdistribution power generationtime power generation cost