光热电站光资源评估代表年选取方法探讨(秦学林20160608).doc

光热电站光资源评估代表年选取方法探讨 秦学林(电力规划设计总院 北京 100120）摘要：本文针对光热资源评估中的代表年选取方法问题，通过对当前常用的几种方法进行比较研究，提出代表年选取中应该重点关注的问题和遵循的原则,并推荐了更为合理适用的方法。关键词：光热，太阳辐射量，代表年 英文摘要（待补）作者简介：秦学林，1964年生人，教授级工程师，1987年毕业于河海大学，毕业后曾先后就职于东北电力设计院、华北电力设计院和电力规划设计总院，一直从事电力工程水文气象工作。1 问题的提出 在光热电站项目发电量评估中，需要选定并计算一个基准年份的日发电量和年发电量，作为电站技术经济评价的依据，这个基准年份，我们称之为代表年，因此，光资源分析中的代表年选取十分重要。由于气候年际变化特征，每年的光照资源量有高有低，各不相同，仅依靠在光热电站现场设立的一年短期测光数据是无法准确地反映多年光资源情况的。而发电量的计算又需要一个完整年的逐小时DNI数据，因此选取哪一年作为代表年样本进行代表年数据订正，直接影响着光热电站的技术经济评估。通常做法，是选取一个对当地光热特征有多年代表性的某一年作为代表年。但如何确认所选年份的多年代表性，如何从连续几十年的数据中把最具代表性的那一年挑选出来，国外经验也是各行其道，没有统一的认识，也没有统一的标准。为此，本文依据实际工程数据，根据目前工程实践中常见的几种代表年选取方法，在分析其合理性和科学性的基础上，提出代表年选取工作中应该关注的问题。鉴于代表年的订正方法因具体数据掌握的丰富程度而千差万别，所以本文就不过多的研究具体的订正方法，仅对代表年的选取方法进行介绍和比较。2 目前代表年选取的常见方法介绍 根据国外和近两年国内光热发电项目工作经验，常见有以下几种代表年选取方法： 月值组合法：代表年中的每个月DNI值，都是选自长系列中与该月多年平均值最为接近的月份，组成一个完整年小时数据作为代表年，再用之对现场实测数据进行订正，得到代表年DNI值。 滑动平移法：通过滑动平移搜索，找出长系列中连续12个月的DNI值与多年平均值最为接近的12个月，组成一个完整年小时数据作为代表年，再用之对现场实测数据进行订正，得到代表年DNI值。 多年小时平均法：采用对多年的DNI值进行逐小时平均，直接得到一个完整年逐小时数据作为代表年，再用之对现场实测数据进行订正，得到代表年DNI值。 年值月值综合选择法：选择年值与多年平均值较为接近，且月值与多年月值也最为接近的年份，得到一个完整年逐小时数据作为代表年，再用之对现场实测数据进行订正，得到代表年DNI值。3 各种代表年选取方法的过程和结果比较 表1 某站最近10年实测太阳总辐射量 单位：kWh/m2年份1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12全年2006 67 98 147 178 207 203 185 185 140 121 85 75 1691 2007 82 97 168 181 188 219 213 196 146 127 74 63 1754 2008 69 93 170 199 203 194 194 187 142 120 78 86 1735 2009 80 92 146 206 213 207 199 194 146 133 90 72 1778 2010 93 120 158 189 195 218 230 188 134 123 87 74 1810 2011 88 104 172 196 218 210 213 173 158 114 76 74 1794 2012 91 119 152 187 223 206 200 195 146 130 86 74 1809 2013 83 100 150 182 213 209 204 183 147 126 88 75 1760 2014 81 97 161 184 208 210 208 183 150 119 82 71 1753 2015 77 98 163 178 228 196 214 194 136 130 57 67 1737 多年均值81 102 159 188 209 207 206 188 145 124 80 73 1762 表1为我国西北地区某太阳能辐射观测站的逐月DNI实测数据，本文以此数据为例，简要对上述各种代表年选择方法逐一进行介绍：3.1.1月值组合法 月值组合法的特点，就是代表年中的每个月，都是与多年月平均值最为接近。选择时只考虑月值因素，不考虑年内月与月之间的气候关联性。选择时非常便利，首先统计出各月的多年平均DNI值，将之与每年的该月DNI值进行比较，选出绝对偏差最小的月份，作为代表年的该月值。选择过程详见表2。从表2可见，与多年平均值最为接近的月份，分布于7个年份中，由这7个年份的相应月值共同组成12个月，其全年DNI总值为1758 kWh/m2。与多年平均年值1762 kWh/m2相比，相差4 kWh/m2。 表2 逐年各月与多年平均值差值表 单位：kWh/m2年/月12344566788全年200614412102421343-5-22007-15-9722-12-7-8-2-36102008129-11-1161312134218-407-6-2-9-1012010-12-181-114-11-24-0101-7-12011-7-2-13-8-9-3-715-13115-02012-10-1761-1316-7-2-5-6-12013-2296-3-225-2-2-8-2201404-242-3-25-55-12201544-410-1811-8-78-5236差值绝对值最小年份201420132010201220142009201320102007/2009201020142011代表年太阳辐射量81100158187208207204188146123827417583.1.2滑动平移法 滑动平移法的特点，不考虑自然年的月份组成因素，可跨年度组成一个新的年份作为代表年。其能保证年内连续12个月内的DNI总值，最接近于多年平均值。从表3可以看出，其全年DNI总值为1763 kWh/m2。与多年平均年值1762 kWh/m2相比，相差1 kWh/m2。表3 滑动平移法选择成果表 单位: kWh/m2年份201320132013201320132013201320142014201420142014全年月份678910111212345月值2092041831471268875819716118420817633.1.3多年小时平均法 多年小时平均法的特点，就是不需在多年数据系列中去选择，而是直接把每小时的所有历史数据都加以平均，将该值做为代表年的该小时值。由于其本身就是直接平均行来的，所以所得到的各月均值和年值，就是多年平均值，没有任何差别。表4 多年小时平均法选择结果表单位: kWh/m2月份1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12全年逐月均值81 102 159 188 209 207 206 188 145 124 80 73 1762 3.1.4年值月值综合选择法 年值月值综合选择法的特点，就是既考虑了逐月的多年代表性，又考虑了年值的多年代表性，考虑了年内各月之间气候的关联性，得到的代表年小时数据是一个实际发生的年份小时数据。这个方法的核心，是要求选择年辐射量接近累年平均DNI值的某年作为代表年，且逐月DNI值应可能接近多年逐月平均值。电力工程气象勘测技术规程（DL/T 5158-2012）中关于太阳能资源代表年的选择，推荐了该方法。 从表4可以看出，12个月中与多年平均月值差值最小的年份，依次为：2014年（3次）、2013年（3次）、2010年（3次）、2012年（2次）、2009年（2次）、2011年（1次）、2007年（1次）。在差值最小的2014年、2013年和2010年三年中，2013年的年值又最接近多年平均年值，差值为2 kWh/m2。按此方法，2013年即为所选择的代表年。表4 逐年各月与累年差值统计表 单位：kWh/m2年/月12344566788全年200614412102421343-5-2712007-15-9722-12-7-8-2-361082008129-11-11613121342-1327200911013-18-407-6-2-9-101-162010-12-181-114-11-24-0101-7-1-472011-7-2-13-8-9-3-715-13115-0-322012-10-1761-1316-7-2-5-6-1-472013-2296-3-225-2-2-8-22201404-242-3-25-55-129201544-410-1811-8-78-523625差值绝对值最小的年份20142013201020122014200920132010200720092012201320102014201120134结语 综上所述，以上几种代表年的选择方法，月值组合法基于每月都与多年最接近所以年值也最接近的理念，其代表年年值与多年平均值的差值为4 kWh/m2，方法简单，便于操作。但其没有考虑一个真实年份中各月之间存在的气候关联性，从而也必然会对DNI产生影响。所以这样得到的代表年，虽然从年总数值来看，与多年平均值是接近的，但年内的DNI的分布是不真实的，可能会出现代表年不具代表性的问题。 滑动平移法也能得到一个最接近多年平均值的结果，其代表年年值与多年平均值的差值仅为1 kWh/m2，在实际统计操作中较为繁锁些，但却能得到一个与多年平均值最为接近的结果。 多年小时平均法通过把每年的同一时刻的数据进行平均，可以直接得到代表年逐小时的太阳辐量数据，所得结果从年值和月值上来看反映了多年平均的情况，但正是由于它的平均性，丧失和掩盖了该时刻天气状况的真实性，从而也会导致代表年不