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洛阳地区太阳能资源分析与评估

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第38卷第1期 气象与环境科学 Meteorological and Environmental Sciences V01.38 NO.1 2015年2月 Feb.2015 洛阳地区太阳能资源分析与评估 朱学玲 ,李红卫 (1.洛阳市气象局,河南洛阳471000;2.郑州市气象局,郑州450048) 摘 要:根据1981-2010年郑州辐射站太阳辐射和日照资料、洛阳地区9个气象观测站日照资料,采用气候学 计算、线性趋势分析等方法和资源丰富程度、利用价值、稳定程度等指标,对洛阳地区太阳能资源进行了计算、分析 和评估。结果表明:洛阳地区多年平均总辐射为4842.4 MJ・m~・a~,总体呈显著减少趋势,减少速率为每年 1.4 MJ・m~。夏季辐射丰富,冬季偏少,夏季总辐射量是冬季的2倍;月平均总辐射5月最多(569.7 MJ・m ), 12月最少(241.9 MJ・m );年总辐射孟津最高,为4922.8 MJ・m~・a~,宜阳最少,为4681.1 MJ・m~・a一。多年 平均日照时数为2064.7 h,总体呈显著减少趋势。春季日照时数多,冬季少,春季日照时数比冬季多33.37%;月平 均日照时数5月最多(217.3 h),2月最少(138.2 h);年日照时数孟津最多(2144.9 h),宜阳最少(1909.2 h)。洛阳 各地属太阳能资源丰富区,利用价值较高,各月日照时数>6 h的天数为9.8—18.1天,全年为162.7~185.3天;太 阳能资源也比较稳定,月最大日照时数12月>6 h的天数为16.9天,是月最小日照时数7月的1.48倍,12月至次 年1月不利于太阳能利用。 关键词:太阳能资源;时空分布;资源丰富程度;资源利用价值;资源稳定程度 中图分类号:TK511 文献标识码:A 文章编号:1673—7148(2015)01—0067—06 引 言 随着经济和社会的不断发展,能源需求将持续 能资源评估方法》,选择最近的有太阳辐射观测的 郑州站的资料作参考,建立经验公式对洛阳9县 增长。增加能源供应、保障能源安全、保护生态环 境、促进经济和社会的可持续发展,是经济和社会发 展的一项重大战略任务。由于矿物能源终将枯竭, 且化石能源燃烧释放大量CO,造成环境污染和增 强温室效应,因此开发利用可再生能源是保证经济 (市)月太阳总辐射量进行计算,并进行太阳能资源 的评估 引,以期为开发利用洛阳太阳能,减少污染 物和温室气体排放,促进社会经济的持续、稳定发展 提供科学依据。 1 资料与方法 1.1 资料来源与处理 社会可持续发展的必然选择。太阳能以其储量的无 限性、存在的普遍性、利用的清洁性和经济性等优 点,被国际公认为是未来最具有竞争性的能源之一, 是未来重要的接续能源和战略能源 。 。分析评估 太阳能资源状况,是开发利用太阳能的基础。太阳 本文采用资料包括郑州国家基准气象观测站 1981--2010年逐日太阳总辐射和日照时数观测资料 及月日照百分率资料,洛阳市所辖范围国家气象观 测站1981--2010年逐日日照观测资料和月日照百分 率资料,资料从月报表中获取。此外利用了国家基 础地理信息中心提供的1:250万行政区划图。采用 算术平均法计算区域平均值。 1.2研究方法 总辐射和Et照时数是表征太阳能资源的2个重要指 标,是太阳能资源利用分析的基础资料 。由于 我国太阳能辐射观测站较少,因此,气候学计算方法 就成为获取无测站地区太阳总辐射的常用方 法¨ ” 。洛阳没有太阳能总辐射观测资料,根据中 华人民共和国气象行业标准QX/T 89—2008《太阳 收稿日期:2013—09—02;修订日期:2015一O1—29 基金项目:中国气象局气候变化专项(CCSF22013—12)资助 1.2.1太阳总辐射的估算 根据中华人民共和国气象行业标准QX/T 89一 作者简介:朱学玲(1964一),女,河南洛宁人,工程师,学士,从事专业专项气象服务工作.E-mail:zhuzhuling2007@126.eom 68 气象与环境科学 第38卷 2008{太阳能资源评估方法》的要求,选择离洛阳最 近的有太阳辐射观测的郑州站(34。43 N、113。39 E) 1981_2010年近30 a历年逐日的太阳辐射和日照资 天文太阳总辐射量,按照中华人民共和国气象行业 标准QX/T 89--2008《太阳能资源评估方法》中给出 的方法进行计算而得;o、6为经验系数,根据郑州站 料,建立分月的太阳总辐射经验公式,然后利用建立 的经验公式和洛阳各地的日照资料,计算洛阳各地 观测资料利用最小二乘法计算求出(表1);5为计 算点月日照百分率。 月太阳总辐射量。月太阳总辐射量计算公式为 Q =Q0(n+bS) (1) 表中各月复相关系数(R)均在0.72以上,所有 F计算值>F[1l(】l,方程回归总体效果显著。 式中,Q 为计算点月太阳总辐射量;Q。为计算点月 表1 郑州站各月经验系数和统计检验 月份 0 6 R F 1 0.29 0.54 0.82 56.2l 2 0.27 0.57 0.82 47.09 3 0.30 0.49 0.81 53.99 4 0.34 0.47 0.76 37 9】 5 0.29 0.54 O.82 58 39 6 0.29 0.55 O.80 50 90 7 0.3l O.48 0.85 76 00 8 0.28 0.58 0.92 1 65 64 9 0 24 0.63 0.92 I47 09 10 0.41 0.27 0.82 10 S0 11 0 34 0.46 0.75 35 62 12 0.33 0.48 0.72 30 61 月天文总辐射量是由日天文总辐射量公式计算 每日的天文总辐射量,然后采用逐日求和的精确累 计法得到。日天文总辐射量的计算公式为 Q =(TIo/wp )(∞0 sinq)sin6+cosqbcos6sino)0) (2) 数,为0.0820 MJ・m~・min~;p为日地距离系数, 无量纲; 为地理纬度,单位为弧度;6为太阳赤纬, 单位为弧度; 为日出、Et落时角,单位为弧度。 Q。=Q +Q2+…+Q (3) (3)式中,n为计算月的天数。 洛阳地区各县(市)计算结果见表2。 式中:Q 为日天文太阳总辐射量,单位为MJ・1TI~・ d‘。;T为时间周期,为24 X60 rain・d~;10为太阳常 表2洛阳各地月天文太阳总辐射量 MJ.m 注:闰年时2月为568 4 MJ・mI2 1.2.2线性回归 一天中太阳能资源的利用价值。一天中日照时数如 以一元线性回归方程Y=o+ 定量描述气候 要素变化趋势。其中,Y表示某一气候要素, 表示 Y所对应的时间,n为回归常数,6为回归系数。b的 小于6 h,其太阳能一般没有利用价值。 1.2.5太阳能资源稳定程度评估 太阳能资源稳定程度用各月日照时数>6 h天 数的最大值与最小值的比值表示: K=max(Dayl,Day2,…,Dayl2)/ min(Dayl,Day2,…,Dayl2) (4) 符号表示气候变量的趋势倾向,当b>0时,说明随 时间 的增加Y呈上升趋势,当b<0时,说明随时 问 的增加Y呈下降趋势;6值的大小反映了上升 或下降的幅度大小。。和b通过最小二乘法进行估 计。采用F检验进行线性趋势的显著性检验 。 1.2.3太阳能资源丰富程度评估 根据中华人民共和国气象行业标准《太阳能资 式中:K为太阳能资源稳定程度指标,无量纲数; Day1,Day2,…,Dayl2为1—12月各月日照时数>6 h 天数(1981—201O年),单位为天;max()求最大值的 标准函数;min()求最小值的标准函数。其中K<2, 源评估方法》,以太阳总辐射的年总量为指标,进行 太阳能资源丰富程度评估。评估标准:资源最丰富 区Q ≥6300 MJ・iTI~・a~;资源很丰富区Q年为 5040~6300 MJ・113一・a~;资源丰富区Q年为3780~ 稳定;2≤K≤4,较稳定;K>4,不稳定。 2结果与分析 2.1 太阳能资源变化 5040 MJ・WI一・a一;资源一般区Q年<3780 MJ・ m~・a~。 2.1.1太阳总辐射的时空变化 (1)太阳总辐射年际变化 图1为洛阳1981--2010年年太阳总辐射变化曲 线。可以看出,近30 a年总辐射平均值4842.4 1.2.4太阳能资源利用价值评估 利用各月日照时数>6 h的天数为指标,反映 第1期 朱学玲等:洛阳地区太阳能资源分析与评估 海科技,2009(2):31—34. 3 小 结 (1)洛阳地区多年年平均总辐射为4842.4 MJ・ m~-a~,[8]吴林荣,王娟敏,刘海军,等.陕西省太阳辐射及其日照时数的时 空变化特征[J].水土保持通报,2010,30(2):212—214. [9]孙福义,康敏,姜涛.辽宁康平地区太阳能资源特征变化及评估 [J].安徽农业科学,2010,38(31):17678—17679,17795. 总体呈显著减少趋势,减少速率为每年 1.4 MJ・m~;夏季辐射丰富,冬季偏少,夏季总辐射量 是冬季的2倍,月平均总辐射5月最多(569.7 MJ・ m ),12月最少(241.9 MJ・m );年总辐射孟津最 高,为4922.8 MJ・m~・a~,宜阳最少,为4681.1 MJ・m~・a~。 [10]申彦波,赵东,祝昌汉,等.近50年来鄂尔多斯地面太阳辐射的 变化及与相关气象要素的联系[J].高原气象,2009,28(4): 786—794. [11]苏志,涂方旭.广西太阳总辐射的计算及分布特征[J].广西气 象,2003,24(4):32—34,45. [12]字春霞.南宁市太阳能日辐射估算方法探讨[J].广西气象, 2006,27(1):31—33. (2)多年平均年日照时数为2064.7 h,总体呈 显著减少趋势。春季日照时数多,冬季少,春季日照 时数比冬季多33.37%;月平均Et照时数5月最多 [13]查良松.我国地面太阳辐射量的时空变化研究[J].地理科学, 1996,16(3):232—237. (217.3 h),2月最少(138.2 h);年日照时数孟津最 多,为2144.9 h,宜阳最少,为1909.2 h。 [14]吴林荣,江志红,鲁渊平,等.陕西太阳总辐射的计算及分布特 征[J].气象科学,2009,29(2):187—191. [15]于华深,蔺娜,于杨.辽宁省太阳能资源分布及区划初探[J].气 象与环境学报,2008,24(2):18—22. (3)洛阳各地属太阳能资源丰富区,利用价值 较高。各月日照时间>6 h的天数为9.8~18.1天, 全年为162.7~185.3天;太阳能资源也比较稳定, 月最大日照时数12月>6 h的天数为16.9天,是月 最小日照时数7月的1.48倍,12月至次年1月不 利于太阳能利用。 参考文献 [1]胡毅,李萍,杨建功,等.应用气象学[M].2版.北京:气象出版 社,2005:117—124. [16]贾成刚,丁治英,张玉峰,等.近55 a来安阳日照时数变化及未 来趋势分析[J].气象与环境科学,2OlO,33(3):59—62. 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[7]李月高,汪青春.柴达木 地太阳能资源分布及评估初探[J].青 72 气象与环境科学 第38卷 Analysis and Evaluation of Solar Energy Resources in Luoyang Area Zhu Xueling ,Li Hongwei (1.Luoyang Meteorological Office,Luoyang 47 1000,China; 2.Zhengzhou Meteorological Office,Zhengzhou 450048,China) Abstract:Based on the solar radiation and sunshine data fron 1981 to 2010 of Zhengzhou radiation station and the solar data of the 9 meteorological observation stations in Luoyang,the solar energy re— sources in Luoyang area were calculated,analyzed and evaluated using climatological calculation method and linear trend analysis method.The abundance of solar energy resources,its exploitation value and the stability were investigated so as to estimate the solar energy resources.Results showed that:the annual average solar radiation was 4842.4 MJ・m~・a~in Luoyang area.there was a significantly decreasing trend in the solar radiation.and the decreasing rate was 1.4 MJ・m~a year.The solar radiation was rich in summer while it was low in winter,the amount of radiation in summer was 2 times of that in winter. The monthly mean radiation was the highest in May(569.7 MJ・m )and the least in December(241.9 MJ・m ).There was difference in the annual solar radiation among areas,with the highest value 4922.8 MJ・m-2 a in Mengjin and the lowest(4681.1 MJ・m ・a一 )in Yiyang.The annual average sun— shine hours was 2064.7 h,which had greatly decreased in the recent 30 years.The sunshine hours in spring was 33.37%higher than in winter.The monthly mean sunshine hours was the highest in May (217.3 h)but the least in February(138.2 h).The solar energy was abundant in Mengjin where the annual sunshine hours were the most(2144.9 h),while that were the least in Yiyang(with the lowest value 1 909.2 h).Solar energy in Luoyang area was abundant,and the exploitation value was high.The number of the days of which sunshine hours was longer than 6 h was between 9.8 d and 18.1 d each month,and it was 1 62.7 d to 1 85.3 d throughout the year.The solar energy resources were relatively stable,the number of the days when sunshine hours reached 6 h in December was 1 6.9 d,which was 1.48 times than that in July.The solar energy resource from December to the next January went against its exploitation. Key words:solar energy resources;temporal and spatial distribution;resource abundance level; resource exploitation value;resource stability 

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