甘肅河西地區太陽能資源探究

武 丹 1，2，3，4

（1陜西省土地工程建設集團責任有限公司 陜西西安 710075 2陜西省地建土地工程技術研究院有限責任公司 陜西西安 710075 3國土資源退化及未利用土地整治工程重點實驗室 陜西西安 710075 4陜西省土地整治工程技術研究中心 陜西西安 710075）

引言

太陽是一個碩大的能量寶庫，與常規的能源相比較，其優點較為突出。我國的太陽能資源利用規模形成開始于20世紀70年代，而且我國政府一直把研究開發太陽能和可再生能源技術列入科技攻關計劃，制定了一系列輔助太陽能利用產業的政策措施。[1]目前，我國太陽能資源發展已居于世界前列。甘肅省太陽能產業呈現出兩強一弱的態勢。兩強即太陽能資源豐富、太陽能利用程度比較高；一弱是太陽能相關產業發展，以及對新能源所產生的電能的輸送和消納能力薄弱。與發達地區相比，甘肅省缺乏具有一定規模的企業，太陽能產業發展存在成本障礙、技術薄弱和企業規模小，競爭力較弱等限制因素，加上地區經濟發展相對緩慢，導致市場供需失衡。同時，對太陽能的財政支出有限，在很大程度上制約著甘肅太陽能產業的發展。

1 研究區氣候概況

河西地區屬于溫帶大陸性干旱、半干旱氣候，有其獨特的氣候特點：

（1）降水量比較稀少。河西地區降水量呈現由西北向東南逐漸增多的分布趨勢，并且在空間分布上降水量很不均勻。河西大部分地區年降水量在150mm以下，西部地區年降水量在100mm以下，其中敦煌、安西、鼎新年降水量小于60mm，敦煌為42.2mm，是河西地區年降水量最少的地方；民樂、古浪、烏鞘嶺年降水量超過300mm，烏鞘嶺405mm，是河西年降水量最多的地方。河西地區降雨季節分配極不均勻，一般夏季多，冬季少，春秋兩季居中，且秋雨多于6℃，依次向兩端遞減；最冷月為1月，平均氣溫在-11.8--7.2oC之間；最熱的地方為最春雨，特點是雨熱同期[2]。

（2）熱量充足。河西地區年平均氣溫0-9.5℃。各地最熱月為7月，平均氣溫在11.4-24.西端的敦煌，最冷的地方為最東端的烏鞘嶺；平均氣溫日較差大部分都在14℃以上，氣溫日較差夏季大于冬季；平均氣溫年較差大部分在26℃以上[3]。

（3）風能資源較為豐富。河西地區年平均風速的地域分布趨勢是西北部大、東南部小，除河西中部和東部的部分地區外，其余各地年平均風速在3m/s以上，烏鞘嶺雖處在東南部，但由于其海拔較高，年平均風速達5.1m/s，是河西地區年平均風速最大的地方，涼州區年平均風速只有1.8m/s，是河西地區年平均風速最小的地方，且風速年際變化小[4]。

（4）光照比較充足。河西地區海拔較高，干燥少云，空氣透明度高，日照時間長，太陽光能資源極其豐富。其地域分布為由西北向東南逐漸減少，季節分布為夏季輻射強、日照時數長，冬季輻射弱、日照時數短，春秋兩季居中[3]。

2 太陽總輻射變化分析

2.1 太陽總輻射年內變化

近21年各站平均太陽總輻射的年內分布狀況如圖2所示。由圖可以看出：敦煌、酒泉、民勤三站的年內太陽總輻射呈現近似正態分布，月總輻射平均值分別為530.6MJ/(m2·a)、512.0MJ/(m·2a)、530.4MJ/(m·2a)；月總輻射在 11-2 月的數值差異較小，從3月開始數值上升趨勢增大，在5月份達到峰值，5-8月份平緩下降，從9月份開始明顯下降，在11月份開始趨于平緩；三個輻射站月總輻射最大值均出現在5月份（6月次之，4、7、8月也較多），其值分別為 763.90MJ/(m2·a)、740.24MJ/(m2·a)和 757.90MJ/(m·2a)；最小值則均出現在 12 月份，其值分別為 256.38MJ/(m·2a)、253.38MJ/(m·2a)和 297.43MJ/(m·2a)。

圖1 月平均太陽輻射

2.2 太陽總輻射年際變化

以太陽總輻射的年總量為指標，進行太陽能資源豐富程度評估。具體的資源豐富程度等級見表1[6]:

表1 太陽能資源豐富程度等級

表1中指標1與指標2均表示單位面積上接收到的太陽輻射能量，1KW·h/(m·2a)=3.6MJ/(m·2a)。

圖2為敦煌、酒泉、民勤三地的年太陽總輻射變化情況。通過計算可知，敦煌在21年的年太陽總輻射平均值為6335.91MJ/(m2·a)，其中有 8 年低于平均值，線性傾向率為 4.96MJ/(m2·a)，年太陽總輻射呈現上升趨勢；酒泉在21年的年太陽總輻射平均值為6115.59MJ/(m·2a)，其中有9年低于平均值，線性傾向率為-3.16MJ/(m·2a)，年太陽總輻射呈略微的下降態勢；民勤在21年的年太陽總輻射平均值為6249.01MJ/(m2·a)，其中有10年低于平均值，線性傾向率為-13.62MJ/(m·2a)，下降趨勢較明顯。經過顯著性檢驗得出，只有民勤有顯著性下降趨勢，其他兩地沒有顯著性變化。

各地歷年太陽總輻射的極值分布是：敦煌最大值為6671.14MJ/(m·2a)(2012 年)，最小值為 5302.20MJ/(m2·a)(2010 年)；酒泉最大值為6362.56MJ/(m·2a)(1995年)，最小值為5807.58MJ/(m2·a)(2010 年)；民勤最大值為 6613.26MJ/(m2·a)(1997 年)，最小值為5950.46MJ/(m·2a)(2010年)。河西地區各地最近21年年太陽總輻射在5302-6672MJ/(m2·a)之間，屬于太陽能資源較豐富-豐富地區。而最小值集中出現在2010年，很有可能與該年份氣候異常有關。

圖2 各站年太陽總輻射

2.3 太陽總輻射季節變化

由圖3得出，太陽總輻射存在明顯的季節變化。夏季太陽總輻射最強，三站夏季平均達2124.6MJ/(m2·a)，為冬季的兩倍以上；其次為春季，達 1935.4MJ/(m2·a)；秋季為 1303.3MJ/(m2·a)，最弱的是冬季僅 928.8MJ/(m2·a)。

計算表明，河西各地1993-2013年春季、夏季、秋季、冬季歷年平均太陽總輻射占年平均太陽總輻射的比例范圍分別為30%-31%，33%-34%，20%-21%，14%-16%，非常穩定。從河西地區3個輻射站點各個季節的逐年變化(見圖3)可以看出：敦煌太陽總輻射的春、夏、秋三季的極大值均在1998年和2009年出現，且均在2010年出現極小值，春、夏兩季波動較大，秋、冬兩季較??；酒泉的太陽總輻射四季變化相似，年較差變化不大，四季的變化較平緩；民勤的太陽總輻射在2002年的春、夏兩季出現極大值，波動幅度較大，秋、冬兩季變化平穩，沒有明顯地波動?？傮w來說，夏季太陽總輻射量最大，其次為春季、秋季、冬季，季節變化較大，春季和夏季總輻射量是冬季的兩倍以上。

通過顯著性檢驗表明，敦煌、酒泉四季太陽總輻射均無顯著性變化，民勤除冬季有顯著性下降外，其他季節也沒有顯著變化。

圖3 三站歷年四季太陽總輻射，(a)：敦煌；(b)：酒泉；(c)：民勤

結語

敦煌、酒泉、民勤的年太陽總輻射在5302-6672MJ/(m2·a)之間，屬于太陽能資源較豐富地區。在年內變化上，輻射量最大值出現在5月份，最小值出現在12月份。從季節上來說，太陽總輻射由多到少的順序為夏季、春季、秋季、冬季。通過分析河西地區進21年太陽能資源發現西地區各地最近21年太陽能資源均屬于較豐富-豐富地區并且太陽能資源較穩定。