泰來縣太陽能資源狀況淺析

2011-12-25 09:38:20張洪玲高原劉春生魏磊

黑龍江氣象 2011年3期

張洪玲，高原，劉春生，魏磊

（1.黑龍江省氣候中心，黑龍江哈爾濱 150030；2.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱 150030）

泰來縣太陽能資源狀況淺析

張洪玲1，高原2，劉春生1，魏磊1

（1.黑龍江省氣候中心，黑龍江哈爾濱 150030；2.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱 150030）

本文利用海拉爾、長春、哈爾濱1971～2000年總輻射資料和對應的日照百分率資料采用氣候?qū)W計算公式，建立了各月總輻射模型，用2001～2009年哈爾濱站實測輻射資料對模型進行了誤差檢驗，模擬效果較好，可以用于評估泰來縣太陽總輻射資源的狀況。泰來縣年太陽總輻射值為5281.2 MJ/m2，在全省處于高值區(qū)，可開發(fā)的潛力很大。

泰來；總輻射；輻射模型

1 引言

中國太陽能資源豐富，有2/3的國土面積年日照時間在2 200 h以上，每年地表吸收的太陽能大約相當于17 000億噸標準煤［1］。如果把大于1 050 KWh/（m2.a）作為太陽能資源豐富的可利用區(qū)，則約占國土面積的96%以上，可見中國太陽能可開發(fā)的潛力巨大。

黑龍江省在全國太陽能資源區(qū)劃中屬于豐富帶［1］，年太陽總輻射量為4 400～5 028 MJ/m2（相當于1 222～1 397 KWh/m2），其總輻射的空間分布趨勢為西南部太陽總輻射值最大，中東部和北部地區(qū)太陽總輻射相對較少。泰來縣是黑龍江省太陽能資源最豐富的地區(qū)，年太陽總輻射在5 000 MJ/m2以上，年平均日照時數(shù)在2 800 h以上，日照百分率較大，分析該地太陽能資源狀況，對于合理開發(fā)利用該縣的太陽能資源具有重要的意義。

2 資料和方法

2.1 資料

泰來氣象站1971～2008年的月日照時數(shù)、月日照百分率；海拉爾、長春1971～2000年總輻射以及日照百分率資料，哈爾濱1971～2009年總輻射資料和日照百分率資料。資料來自黑龍江省氣象信息中心。

2.2 計算方法

泰來縣沒有輻射觀測項目，周邊的海拉爾、長春、哈爾濱是距離最近的輻射觀測站，采用氣候?qū)W計算公式［2］，利用太陽能總輻射與日照百分率之間的關(guān)系，擬合出總輻射計算公式，利用哈爾濱站實測輻射值進行模型檢驗，再反推泰來縣的輻射值。

3 泰來縣日照時數(shù)、日照百分率的時間變化特征

3.1 日照時數(shù)的年變化

以泰來縣1971～2008年的日照時數(shù)資料統(tǒng)計來看，夏季（6～8月）的月平均日照時數(shù)最大，在265.7 h左右，春季次之，在261.4 h左右；秋季和冬季的月平均日照時數(shù)相對較小，分別在239.6 h和189.3 h左右。從各月來看，5月的平均日照時數(shù)最多，為278.5 h，8月次之，12月的平均日照時數(shù)最少，為169.5 h。

3.2 日照時數(shù)的年際變化特征

圖1 泰來縣1971～2008年的歷年年平均日照時數(shù)的變化圖

圖1是泰來縣日照時數(shù)的年際變化，泰來縣的年平均日照時數(shù)整體上呈波浪形減小趨勢，每10 a減少68 h。以泰來縣1971～2008年的日照時數(shù)資料統(tǒng)計來看，泰來縣37 a平均日照時數(shù)在2 817 h左右,年平均日照時數(shù)最大值在3 098 h左右，出現(xiàn)在1975年；年平均日照時數(shù)最小值在2 429 h左右，出現(xiàn)在2003年。

3.3 日照百分率的年變化

泰來縣日照百分率年變化以冬季為最大，秋季次之，夏季為最小。以月份計，2月的平均日照百分率最大，為72.3%；7月的平均日照百分率最小，為61.9%。根據(jù)日照時數(shù)資料統(tǒng)計，冬季的月平均日照百分率最大，在67.6%左右，秋季的月平均日照百分率較夏季次之，在67.4%左右；春季和夏季的月平均日照百分率相對較小，分別在63.7%和57.8%左右。

3.4 日照百分率的年際變化特征

圖2 泰來縣1971～2008年的歷年年平均日照百分率的變化圖

從圖2可以看出，年平均日照百分率整體上呈波浪形減小趨勢，每十年減少1.5%。以日照時數(shù)資料統(tǒng)計來看，37 a平均日照百分率在64.2%左右,年平均日照百分率最大值在70.4%左右，出現(xiàn)在1981年；年平均日照百分率數(shù)最小值在55.8%左右，出現(xiàn)在1998年。

4 泰來縣太陽總輻射模型的建立

泰來氣象站沒有輻射觀測項目，距離泰來縣較近的富裕氣象站自1992年9月開始進行輻射觀測，數(shù)據(jù)序列較短，為使模式更具合理性，本次推算采用距離泰來縣較近的海拉爾（內(nèi)蒙古自治區(qū)）、長春（吉林省）、哈爾濱氣象站總輻射資料（1971～2000年）以及對應的日照百分率資料，采用氣候?qū)W計算公式擬合泰來縣月總輻射計算模型。

太陽總輻射與日照百分率存在以下關(guān)系：

式中Q與Q0分別為月實際太陽總輻射和月天文太陽總輻射，s為月日照時數(shù)百分率，a、b為經(jīng)驗系數(shù)。Q0是由當月逐日天文總輻射量相加得到。

由于歷年各月天文輻射月總量相差不大，近似為一個值［3］，因此可以簡化公式為Q=a+bs，Q實測月總輻射，單位為MJ/m2，s為日照百分率，單位為整數(shù)。利用最小二乘法擬合了各月總輻射計算公式（見表1），整體回歸效果顯著。

表1 泰來縣太陽總輻射各月擬合公式

采用2001～2009年哈爾濱站總輻射實測資料，對月總輻射計算模型進行了相對誤差檢驗，結(jié)果（見表2）：

表2 輻射模型誤差分析表（單位：%）

由上表可以看出，6～8月誤差較大，6月誤差最大，其他月份相對誤差在1.7～8.8%之間，年平均相對誤差為7.85%。

采用各月輻射模型以及泰來縣1971～2008年日照百分率資料推算出泰來縣各月及年總輻射見下表，年總輻射為各月總輻射累加得到。其中6月總輻射值最大為714.9 MJ/m2，8月次之為672.1 MJ/m2，12月總輻射值最小，年總輻射為5281.2 MJ/m2。

表3 泰來縣各月總輻射模擬值（單位：MJ/m2）

5 泰來縣太陽總輻射的空間分布

根據(jù)泰來縣太陽總輻射各月擬合公式，采用龍江、齊齊哈爾、杜蒙、肇源、泰來、安達以及吉林省白城市的1971～2000年平均各月日照百分率數(shù)據(jù)，計算出各站30年平均太陽總輻射值，應用GIS技術(shù)采用插值方法，得到泰來縣太陽總輻射空間分布圖（見圖3）。從圖3中可以看出，泰來縣太陽總輻射的空間分布特點是南高北低，北部太陽總輻射值在5200.0 MJ/m2左右，南部太陽總輻射在5300.0 MJ/ m2左右。