安龙县普坪镇集中式太阳能光伏电站项目太阳能资源评估

1、安龙县普坪镇胡巷村集中式电站项目太阳能资源评估报告书贵州省气候中2014年12月心审审校统定：吴战平核：帅士章核：于俊伟稿：胡家敏帅士章李霄：数据预处理徐永灵龙俐计算绘图：龙俐编写：胡家敏胡家敏潘徐燕徐永灵徐永灵张东海张东海丁立国田鹏举丁立国目录表格插图1前言太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、水能、海洋能等都来自太阳能。太阳能作为可再生能源的一种，是指太阳能的直接转化和利用。太阳能的开发利用是积极应对气候变化，落实国家节能减排要求、改善能源结构、推进新能源生产和消费革命的重要举措。中华人民共和国气象法第六章规定：“各级气象主管机构应当组织对城市规划、国家重点建设项目、重

2、大区域性开发项目和大型太阳能、风能等气候资源开发利用项目进行气候可行性论证。”开发利用太阳能，资源评估是基础和关键。贵州安龙鑫光能源有限公司拟在安龙县普坪镇胡巷村建设集中式光伏电站，该项目拟利用当荒山和地太阳能能资源，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；也是落实关于光伏扶贫工程工作方案、国家能源局关于进一步加强光伏电站建设与运行管理工作的通知的具体表现，可扩大光伏市场新领域，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。普坪镇胡巷村位于安龙县北部，距安龙县气象站约16公里，海拔在12001300米。根据贵州省太阳能评估与气候可

3、行性论证等的管理要求贵州安龙鑫光能源有限公司委托贵州省气候中心编写安龙县普坪镇集中式电站项目太阳能资源评估报告，本报告以安龙县、兴仁县气象站历史及实时观测数据为依据或参证数据，对评估区域的太阳能资源和气象灾害情况进行综合评估。普坪镇胡巷村地理位置图1-1，光伏电站位置示意图见图1-2。1.1编制依据本光伏电站太阳能资源评估的主要依据：（1）光伏发电站设计规范（gb50797-2012）（2）太阳能资源评估方法（gb/t89-2008）（3）光伏发电工程可行性研究报告编制办法（gd003-2011）（4）qx/t117-2010地面气象辐射观测资料质量控制（5）qx/t118-2010地面气象观

4、测资料质量控制等（6）贵州省新能源“十二”五发展规划（7）贵州省太阳能发电“十二五”发展规划报告（8）项目管理暂行办法（国能新能2013329号）（9）国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见国发201324号（10）中华人民共和国气象法（11）太阳能电站项目选址评估技术指南（第1版）2012(（12）国家能源局国务院扶贫办关于“光伏扶贫”工作的会议纪要国能新能2014420号)（13）国家能源局关于进一步加强光伏电站建设与运行管理工作的通知（国能新能2014445号）（14）委托书基础资料：（1）安龙县气象站气象要素资料（2）兴仁县气象站太阳能自动观测资料（3）安龙县地理信息胡巷村图1-1安

5、龙县普坪镇胡巷村地理位置示意图图1-2黔西南州安龙县普坪镇胡巷村光伏电站位置示意图2贵州省及黔西南州基本情况2.1贵州省地形地貌特点贵州省地处云贵高原东部斜坡过渡带，位于东经1033610935、北纬24372913之间，东西长530公里，南北宽465公里，总面积17.6万平方公里，占全国总面积的1.8%。贵州位于祖国西南云贵高原东斜坡上，海拔在1000米以上地区占56%，是一个山峦重叠，丘陵起伏的高原山区。地势东低西高，可概括为三个台阶两个斜坡。东部800米以下，中部1100米左右，西部1600米以上形成三个台阶；中部隆起为脊背，由中部向南一个斜坡和向北一个斜坡。图2-1贵州省海拔分层图从整

6、体上来说：西部最高，中部稍低，东、南、北三方低。最高处在赫章县珠市乡韭菜坪海拔2901米，是乌蒙山脉在黔西北的主峰；最低处在州的黎平县地坪乡水口河出省界处，海拔为148米。境内分布着四大山脉（岭），北有大娄山，大娄山脉横贯黔北；东有武陵山，梵净山为武陵山的主峰（海拔2572米），西有乌蒙山，乌蒙山脉地势最高；苗岭横贯于中部，为长江流域和珠江流域的分水岭，主峰为雷公山（海拔2178米）。图2-2贵州省地形图贵州省地貌可概括分为：高原山地、丘陵和山间盆地三种基本类型。其中92.5%的面积为山地和丘陵，除中北部和西南部的遵义、安顺、铜仁和兴义等地区有少数面积较大的山间盆地可称为“万亩大坝”以外，全省

7、多为山岭崎岖、峰岩峭峻之区，极少开阔平地，素有“八山一水一分田”之说，省内大于15的坡地占全省面积的69.4%，其中，大于25的陡坡地占全省面积的34.5%。省内喀斯特地貌占国土面积的69.1%，岩溶分布范围广泛，形态类型齐全，构成一种特殊的岩溶生态系统。贵州是全国石漠化面积最大的省份，是西南喀斯特区域中心，已经存在的石漠化土地面积为3.59104km2，占全省国土面积的20.4%，如再加上具有潜在石漠化的土地，面积可达到45.2%。贵州是没有平原支撑的内陆喀斯特地貌高原山区省份。2.2黔西南州地形地貌黔西南布依族苗族自治州属贵州省下辖自治州，位于贵州省西南部，素有“西南屏障”和“滇黔锁钥”之

8、称。地处黔、滇、桂三省区的结合部，珠江上游和中段，地势西高东低，北高南低。州内地势西高东低，西部海拔大都在18002000米以上，中部为16001200米，向东逐渐减低为1200600米。相对高度一般由中部的200300米，向北、东部增至700米以上。因此，地势总的是中部较平缓，起伏较小，向周围变大，即由丘原逐渐转变为山原及中山地形。地貌类型以岩溶化丘原、山原和中山为主。岩溶高中山分布在西北部边缘。从中部向南北盘江地貌类型呈环带状分布，即由中部的海拔为1200-1600米的丘原向西、北变为中山和山原，向东南变为低中山。2.3安龙县地形地貌安龙县处于向过渡地段，整个地势由西北向东南逐渐降低，呈多

9、级台阶状逐级下降至南盘江河谷。安龙县境内海拔高差大，中部较为平坦。境内最高点为北部龙山镇的龙头大山，主峰公龙山海拔1966.4米。最低点为南部坡脚乡者干河汇入南盘江处，海拔407米。境内地形起伏大、类型多。受地形、地势和海拔高度的影响，土壤、气候、生物等均具有垂直分布的特点。以山地为主，呈喀斯特。山地面积占总面积的66.3%，丘陵地占22.3%，坝子占10.8%，河流、水库、海子、井、泉等水面占0.6%。（见图2-3）。图2-3安龙县地形图2.4贵州省气候特点贵州山川纵横，地势起伏较大，山地气候的垂直分带明显，气候类型多种多样，气候资源丰富，“一山有四季，十里不同天”是其立体气候特征的真实写照

10、。省内东、西部之间的海拔高差在2500m以上，随着从东到西地势不断增高，气温高低明显不同。省之中部的贵阳市与南部的罗甸县相距约100km，海拔相差630m，年均温相差4.3。贵阳四季分明，而罗甸则长夏无冬，秋春相连，终年温暖。在一些相对高度很大的独立成峰地带，气候的垂直差异更是显著。如苗岭主峰雷公山海拔2178m，与西坡山脚下的雷山县城直线距离仅13km，海拔却相差1338m，县城年平均气温15.4，在10001500m的山腰降低到12.014.0，至山顶就只有9.0，温差之大可见一斑。故贵州的气候带分布不是呈纬向分布，而是中部一线为北亚热带，北部海拔较低地区及南部地区为中亚热带（见图2-4）

11、。图2-4贵州省气候带分布图贵州属低纬度高海拔高原，纬度较低，太阳高度角较大，故虽在冬季也温暖如春，气候特点如下：1、冬无严寒，夏无酷暑，四季分明地面冷空气自北向南入侵贵州时，北面有秦巴山系阻挡而经两湖盆地自东北方向抵达贵州时，势力已大大减弱。冬季最冷的1月平均气温大部分地区在3-8c，未出现过连续五天的候平均气温低于-5.0的严寒天气，较同纬度的湘、赣两省为高。夏季最热的7月平均气温，除边缘低热河谷地区达28.0外，大部分在22.026.0之间，盛夏当我国东部酷热难当之时，贵州高原却是凉爽宜人，微风习习。按照国内常用的四季划分标准（以候均气温低于10为冬季，高于22为夏季，居其间为春、秋季）

12、。贵州除南部罗甸、望谟冬季较短，不到一个月，西部的威宁、水城一带基本上没有夏季外，全省大部分地区四季分明。2、雨水充沛，光、热、水基本同期贵州由于受季风影响，冷暖气流交汇频繁，年降水量在1100-1300毫米之间，但降水季节分配不均，80%的雨水都集中在5-10月份。4月上旬到5月上旬，雨季自东向西陆续开始，6、7月降雨量达到全年最高峰，此时正值全年高温、多光照时期。3、气候的地域性和垂直性差异均显著由于受地形条件的影响，贵州各地气候条件差异很大，“立体气候”明显。“一山有四季，十里不同天”，就是贵州气候的地域和垂直性差异均显著的鲜明写照。省城贵阳与南部罗甸，相距约100余公里，海拔相差630

13、米，年均温相差4.7，冬季1月的平均气温，贵阳4.8，而罗甸高达10.4，以至贵阳气候温和，四季分明，而罗甸则春秋相连，长夏无冬，终年温暖。在相对高度很大的山区，气候的垂直差异更是显著。苗岭主峰雷公山海拔2178米，与西坡山脚下的雷山县城直线距离仅13公里，海拔却相差1338米，县城年平均气温15.4，在10001500米的山腰，降低到12.014.0，至山顶就只有9.0了。2.5贵州省太阳能资源情况贵州年日照时数在988.91740.7h之间，平均为1220h，年平均太阳总辐射在3149.164594.80mj/m2之间，全省平均年总辐射为每平方米3615.72mj（相当于约124千克标准煤

14、燃烧的热量），其中省之西部和西南部最高，年平均太阳辐射每平方米4000mj以上，北部最低，年平均太阳辐射在3300mj/m2以下，其它地区在33004000mj/m2之间，见图2-5。安龙县位于贵州太阳能资源相对丰富区域。图2-5贵州省太阳能资源分布图3参证站选择为准确评估安龙县普坪镇的太阳能资源以及相关气象灾害情况，拟选取安龙气象站数据作为气候学评估依据，但是安龙气象站为国家基本气象观测站，由于没有开展太阳辐射的直接观测，因此，需选取参证站进行辐射资源评估。在贵州现有太阳辐射观测站中，仅兴仁气象站与评估区域的地理位置接近，拟选取兴仁站作为辐射模型参证站，而普坪镇地理位置更接近安龙气象站，故其

15、它气象要素选安龙站为参证站。表3-1参证站及评估区域地理位置参数表区站号5790857902台站名安龙县兴仁县普坪镇胡巷村中心点纬度()25.1225.4325.26经度()105.48105.2105.42海拔(m)139513791242图3-1兴仁县气象站、安龙县气象站及安龙县普坪镇胡巷村位置图安龙县位于兴仁县的东南部，两地气象站相距约50公里，系喀斯特岩溶地区，气候属中亚热带季风性湿润气候。兴仁县多年平均气温为15.5，年平均总降水量1321.9mm，年平均总日照时数1494.8小时。安龙县气候亦属中亚热带季风性湿润气候，多年平均气温为15.3，年总降雨量为1195.4mm，年总日照时

16、数为1545.2小时，两地各气象要素值相近。安龙站和兴仁站各旬日照时数变化趋势一致，且线性一致性良好（图3-2、图3-3），通过了0.01信度检验。图3-2安龙站和兴仁站各旬日照时数变化图图3-3安龙站和兴仁站旬日照时数相关图从安龙站与兴仁站的历年日照时数演变图上可知，除个别年份外，二者变化趋势基本一致（图3-4）。图3-4安龙站和兴仁站历年总日照时数变化图综上所述，安龙站与兴仁站地理位置相近，地形相似，二者同属中亚热带湿润季风气候区，具有相同的气候背景，日照时数的旬变化和年变化趋势相同，一致性较好，通过了0.01的信度检验，因此，以上论述证明兴仁站可作为参证站。4参证站太阳能资源观测数据质量

17、检测本项目共收集到兴仁参证站2011年2014年的太阳辐射分时观测资料，观测要素有总辐射、散射辐射、直接辐射、净辐射、反射辐射等。为保证观测数据的有效性和可靠性，从以下几个方面进行了数据的检验。4.1典型日变化典型日逐时太阳曝辐量分布曲线如图4-1图4-3所示，表明，各种天气条件下总辐射和散射辐射的量值关系都是非常符合该天气条件的。图4-1典型天气辐射分析_暴雨2012年1月2日图4-2典型天气辐射分析_晴天2012年3月21日图4-3典型天气辐射分析_阴天2012年3月23日4.2数据质量控制本项目对2012年1月1日到2012年12月31日的数据进行验证，采用long-dutton-shi

18、控制方法进行数据验证，即主要进行三层数据质量评估，第一层是物理结构控制；第二层是对通过第一层控制的数据再进行极端结构控制；第三层是对通过第二层控制的数据进行相关要素之间的比对控制。4.2.1物理结构控制称为物理结构控制是因为真实的辐射数据值是不可能超过这个指标的。表1是物理可能控制的上下限设置。表4-1物理可能结构控制表下限-4-4辐照度总辐射散射辐射上限sa1.51.2+100sa0.951.2+50上表中sa是经过日地距离订正后的太阳常数，我们取值为1367w/m2。=cos（z），z是太阳天顶角。根据天文学原理，将计算出的太阳天顶角带入物理可能上限计算公式，并绘制2013年1月1日201

19、3年12月31日共计365天的变化图。图4-4实测总辐射与物理可能总辐射上限值折线图图4-5实测散射辐射与物理可能散射辐射上限值折线图通过以上两图，可以看出总辐射和散射辐射都在物理可能范围内，初步认定数值是有效的。4.2.2极端罕见结构控制这是次一级指标体系，通常是根据多年历史记录中的极值而选取的。表4-2极端罕见辐射结构控制表下限-2-2辐照度总辐射散射辐射上限sa1.21.2+50sa0.751.2+30图4-6实测总辐射与极端罕见总辐射极限值折线图图4-7实测散射辐射与极端罕见散射辐射极限值折线图由上图可以看出实测的总辐射和散射辐射值均在“极端罕见”界限范围内，初步认为数值是有效的。4.

20、2.3相关要素之间的数据比较表4-3辐射要素的横向数据比较界限要素散射辐射/总辐射结果1.05条件z75，总辐射50w/m2，否则不进行1.1075z93，总辐射50w/m2，否则不进行其中z是太阳天顶角，根据天文学公式对太阳天顶角进行计算，并绘制变化图（图4-8）。图4-8太阳天顶角变化图由一年365天太阳天顶角的变化图可见，都满足z630050406300378050403780资源丰富程度资源最丰富资源很丰富资源丰富资源一般安龙站历年总辐射量均在3800mj/m2以上（图6-5），80%年份在4125.6mj/m2以上，部分年份超过4500mj/m2，最高值可达4790.5mj/m2。图

21、6-5安龙站历年年总辐射变化图6.4普坪镇太阳能资源分析2利用反距离加权插值方法（见公式5-1、5-2），将附近气象站的太阳总辐射进行插值计算，得到光伏电站所在区域大部地区的太阳总辐射在40014450mj/m2，光伏电站所在区域中心点的太阳辐射为4312.8mj/m（见图6-6），按照太阳能资源评估方法（qx/t89-2008）中的太阳能资源丰富程度等级标准（见表6-3），光伏电站所在区域的太阳能资源属丰富等级。图6-6总辐射插值图7太阳能资源遥感反演分析7.1反演原理入射到大气层顶的太阳辐射在穿越大气到达地面的传输过程中，同大气和地球表面发生了一系列相互作用的物理过程，主要包括：臭氧吸收；

22、分子瑞利多次散射；云滴的多次散射和吸收；水汽吸收；气溶胶的多次散射和吸收；地面与大气的多次反射。利用大气辐射传输模式，可以模拟这些过程，进而计算出到达地面的太阳总辐射。在进行大气辐射传输的计算过程中，采用一个垂直方向非均一、分为5个层次的平面平行理想大气模型（图7-1），分5个太阳光谱区间(0.20.4m，0.40.5m，0.50.6m，0.60.7m，0.74.0m)，计算发生在当中的太阳辐射的散射、吸收和反射。从上述各个物理过程对地面入射太阳辐射的影响大小来看，云的影响比其他因子要大一个量级，地面入射太阳辐射主要由云决定，在计算过程中需要对它加以重点考虑。图7-1反演模式示意图地面入射太阳

23、辐射产品是以fy-2静止气象卫星资料为主，以国际卫星云气候计划（isccp）资料为辅，输入大气辐射传输计算模式，来计算到达地面的入射太阳辐射总量。臭氧吸收对于臭氧的可见光(0.50.6m)和紫外(0.20.4m)两个吸收带，lacis和hansen(1974)提出的太阳辐射吸收百分率的经验解析表达式分别为:vir=0.02118xa1+0.042x+0.000323x2（6.4-1）uv=1.082x(1+138.6)0.8051+(103.6x)30.0658xa+（6.4-2）臭氧含量x的单位为cm(ntp)。瑞利散射对于太阳光谱前面四个短波光谱区段(0.20.4m，0.40.5m，0.5

24、0.6m，0.60.7m)考虑空气分子的瑞利散射。对于瑞利散射，单次散射反照率=1，非对称因子g=0，在任意波长，从任意高度到大气层顶的瑞利标准光学厚度采用margraff和coriggs(1969)的近似方法:t(l,h)=0.0088l(-4.15+0.2l)exp-0.1188h-0.00116h2r（6.4-3）a(y)1-p(k)e-kny（3-4）式中，kn为离散吸收系数，pkn为离散吸收系数的概率分布，y为有效水汽y=y0（3-5）pt式中，l为波长（m），h为高度(km)，tr(l，h)为从高度h到大气层顶的瑞利标准光学厚度。对于任一个光谱区间的瑞利光学厚度，则由该区间两个节点

25、处的光学厚度平均而得。水汽吸收假设对于波长0.7m的光谱区间，根据水汽吸收系数的离散概率分布划分为8个间距（lacis和hansen，1974），若某一大气层含有y(cm)的可降水量，水汽的吸收率a(y)可以近似地表达为：8nn=1()光程，它由该大气层的可降水量y得到：pt0.50式中，p和t分别为地面气压和温度，p0和t0为标准状况下的气压和温度，分aer=0.03+0.013y（3-6）别等于1013hpa和273k。气溶胶fenn等(1981年)发现，对流层底部的气溶胶和相对湿度存在相关，由于大气层的气溶胶和水汽集中于对流层底部，darnell和staylor(1988)采用回归分析的

26、方法得到了气溶胶光学厚度和可降水量的经验表达式：t现在我们很难得到有关气溶胶时空分布的更多信息，只能采用这样一种非常粗略的方法考虑气溶胶对太阳辐射传输的影响，在一般情况下，由这个公式引起的误差是可以接收的。云前面指出，云对太阳辐射传输的影响比其他因子要大一个量级，为决定到达地面太阳辐射的主要因子，因此采用一个尽可能精细的云参数化方案是非常必要的。但是，静止气象卫星的少数几个通道资料很难准确识别云的微观结构，因此和前人的工作不一样，只能把云层都当作水云考虑。对于云的其他参数化因子，借鉴pinker和laszlo（1992年）的方案，他们在总结前人工作的基础上，从模式结果出发，设计了一个精细的云参

27、数化方案。该方案中，云滴的单次散射反照率（）、非对称因子(g)随云的光学厚度、太阳天顶角及波长的变化而变化，只是对太阳光谱短波区（0.7m），云滴才近似为非吸收性的（=1.0）。7.2反演流程（1）计算晴空大气层顶双向反照率由卫星的实际观测时间，计算太阳天顶角、卫星天顶角和太阳卫星相对方位角；从isccpc2气候数据集中读取可降水量、臭氧含量、地面可见光反照率、地面气压、气温；从地形资料中读取海拔高度；臭氧、水汽、分子散射、气溶胶的参数化；将上述资料输入大气辐射传输模式disort，计算晴空大气层顶双向反照率。（2）晴空/有云像元判识由卫星实际观测云图资料计算出大气层顶的实际双向反照率；把实际

28、双向反照率与晴空大气层顶双向反照率计算结果进行比较，若前者大于后者，为有云像素否则为晴空无云像素。（3）计算云的光学厚度把晴空大气层顶双向反照率中的资料和大气层顶的实际双向反照率输人大气辐射传输模式disort；采用快速逼近法，计算出云的光学厚度。（4）计算地面入射太阳总辐射日曝辐量对于晴空像元，把晴空大气层顶双向反照率中的资料输入大气辐射传输模式disort，计算出地面入射太阳总辐射辐照度；对于有云像元，把晴空大气层顶双向反照率中的资料和云的光学厚度计算结果输入大气辐射传输模式disort，计算出地面入射太阳总辐射辐照度；对于某地从日出到日落所有卫星观测时问计算出的地面入射太阳总辐射辐照度，采用梯形累加法，最终得到地面入射太阳总辐射日曝辐量输出结果。7.3卫星遥感反演结果采用国家卫星气象中心地面入射太阳辐射产品业务反演算法，项目利用fy2c静止气象卫星可见光波段观测资料生成了地面入射太阳辐射数据，时间分辨率为1h，空间分辨率为0.10.1。经过对2005年7月至2010年5月的逐小时太阳辐射数据的计算处理，运用gis技术提取出安龙县普坪镇的太阳辐射数据，得到项目区域的年平均、季平均、月平