王重洋，弓 衛(wèi)，王 帥

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院,陜西 西安 710000）

0 引言

甘肅省各地年日照時數(shù)在1700 h～3320 h之間,自西北向東南逐漸減少。河西走廊西部年日照時數(shù)在3200 h以上；隴南南部,在1800 h以下；其余地區(qū)在2000 h～3000 h之間。因此,甘肅省氣候資源豐富,太陽能資源可開發(fā)利用程度較高。

甘肅省地處青藏高原、黃土高原和內(nèi)蒙古高原的交匯區(qū)域。如圖1所示,甘肅行政區(qū)域整體形狀呈狹長狀,氣候特點(diǎn)：南部主要為亞熱帶季風(fēng)氣候、中部主要為溫帶季風(fēng)氣候和溫帶大陸性干旱氣候、北部主要為高原山地氣候。根據(jù)甘肅省氣象臺站分布及觀測范圍,甘肅區(qū)域內(nèi)有輻射觀測資料的氣象站僅有6 個,分別是敦煌氣象站、酒泉?dú)庀笳?、民勤氣象站、西峰氣象站、榆中氣象站和蘭州氣象站。因此區(qū)域太陽輻射觀測站較為稀少,僅依賴實測數(shù)據(jù)分析太陽資源空間分布特征并不全面。

圖1 甘肅省太陽能資源分布圖

本文利用最新氣象站實測數(shù)據(jù)資料和經(jīng)驗方法對甘肅武威涼州區(qū)太陽能資源進(jìn)行分析,同時判斷Meteonorm數(shù)據(jù)在該地區(qū)的適用性,并對兩種數(shù)據(jù)展開對比分析研究。

1 資料與方法

1.1 資料

（1）距離涼州區(qū)最近的具有太陽輻射量觀測業(yè)務(wù)的是民勤氣象站,直線距離約60 km。而距離涼州區(qū)最近,且緯度、海拔較為接近的除輻射以外的其他氣象數(shù)據(jù)觀測氣象站為武威氣象站,直線距離約25 km。武威氣象站海拔高度、緯度與涼州區(qū)較為一致,因此選擇武威氣象站為參證氣象站。

（2）本次收集到為民勤氣象站1989 年～2018 年水平面總輻射、日照時數(shù)和日照百分率月數(shù)據(jù),以及武威氣象站1989年～2018年的日照時數(shù)和日照百分率月數(shù)據(jù)。

（3）使用涼州區(qū)域的Meteonorm數(shù)據(jù),Meteonorm由Meteotest開發(fā)的廣泛應(yīng)用于能源行業(yè)氣象軟件,其數(shù)據(jù)源來自世界氣象組織（WMO/OMM）、全球能量平衡檔案館（GBEA）和瑞士氣象局等權(quán)威機(jī)構(gòu),共包含全球7750 個氣象站輻射數(shù)據(jù)。該軟件數(shù)據(jù)庫收錄了我國98 個氣象輻射觀測站中的大部分站點(diǎn)數(shù)據(jù)。Meteonorm8.0 最新氣象數(shù)據(jù)主要來源為全球能量平衡檔案館20年（1991年～2010年）數(shù)據(jù),但是目前國內(nèi)除北京以外,大部分地面氣象站的數(shù)據(jù)更新非常慢或者已經(jīng)不更新,所以國內(nèi)可用的仍是以1991 年～2010 年的數(shù)據(jù)為主[2]。

1.2 分析方法

根據(jù)《太陽能資源評估方法》（GB/T 37526-2019）,在統(tǒng)計民勤站和武威站相關(guān)參數(shù)基礎(chǔ)上,利用已知民勤站1989年～2018年太陽總輻射量通過經(jīng)驗關(guān)系計算武威氣象站太陽總輻射量值,具體步驟如下：

1）地外法向太陽輻照度EDNI

式中：EDNI代表地外法向太陽輻照度,W/m2；E0代表太陽常數(shù),一般取值為1366.1 W/m2；n代表積日,計算日期在一年當(dāng)中的序數(shù)。

2）地外水平面太陽輻照量

式中：EDRd代表日地外水平面太陽輻照量,MJ/m2；代表落日時刻的時角,（°）。

式中：φ代表緯度,（°）,-90°≤φ≤90°；δ代表太陽赤緯角,（°）,-23.45°≤δ≤23.45°。

月地外水平面太陽輻射量EHRm可將當(dāng)月日輻照量累計求和得到。

3）月太陽總輻射量計算

式中：GHRm代表月水平面總輻照量,MJ/m2；a、b代表經(jīng)驗系數(shù),選取距離參證站最近的具有輻射觀測業(yè)務(wù)的國家氣象站實測數(shù)據(jù),按照（5）式計算得到。

系數(shù)a、b的確定：

月水平面總輻射量經(jīng)驗公式系數(shù)a、b的計算方法選取距離參證站最近的具有輻射觀測業(yè)務(wù)的國家氣象站數(shù)據(jù)作為計算參考。依據(jù)該處氣象站多年水平總輻射和月日照百分率,計算系數(shù)a和b,見下式：

通過計算得到武威站的輻射數(shù)據(jù)。

表1 經(jīng)驗公式推算的武威站1989年～2018年多年月平均輻射量 單位：MJ/m2

圖2 為推算得到的武威氣象站輻射與民勤氣象站輻射數(shù)據(jù)對比直方圖。

圖2 武威氣象站輻射與民勤氣象站輻射數(shù)據(jù)對比直方圖

對比武威站點(diǎn)處meteonorm8.0 數(shù)據(jù)與氣候?qū)W推算結(jié)果可見（見表2）,meteonorm8.0 數(shù)據(jù)呈明顯偏高特征,累年平均太陽總輻射量相比于氣候?qū)W推算值偏大6.17%,各月偏差在2.65%～10.91%之間浮動。同時,考慮到meteonorm8.0 數(shù)據(jù)為臺站數(shù)據(jù)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)插值得到,插值數(shù)據(jù)時間為1991 年～2000年,而氣候?qū)W推算使用數(shù)據(jù)時間序列為1989年～2018年,且武威氣象站距離涼州區(qū)27 km屬于同一氣候區(qū),地形簡單,后者更具有代表性。因此,建議采用推算所得的武威氣象站輻射數(shù)據(jù)分析涼州區(qū)輻射[3]。

表2 武威氣象站點(diǎn)處Meteonorm8.0數(shù)據(jù)與氣候?qū)W推算數(shù)據(jù)對比表 單位：MJ/m2

2 太陽能輻射資源分析

（1）日照時數(shù)和日照百分率

1989年～2018年武威氣象站年平均日照小時數(shù)為2909.2 h,近30年日照時數(shù)呈現(xiàn)微弱減小的趨勢,最低值出現(xiàn)在2018年,為2654.9 h；最高值出現(xiàn)在1997 年,為3255.3 h。

酒泉站的日照百分率年際變化與日照時數(shù)年際變化趨勢基本一致,近30年逐漸減少,最低值出現(xiàn)在2017 年,最高值出現(xiàn)在1990年,日照百分率處于60%～74%之間。

武威氣象站日照時數(shù)的年內(nèi)變化可以看出,日照時數(shù)在5月達(dá)峰值,最小值出現(xiàn)在12 月。1989 年～2018 年期間平均最大日照時數(shù)為277.9 h,最小為214.2 h。

武威氣象站1989年～2018年期間全年平均日照百分率為70.4%,日照百分率在10月最高,為77.2%,在7月最低,為58.8%。

（2）太陽總輻射量

根據(jù)民勤氣象站輻射、日照百分率觀測資料及武威氣象站的日照百分率數(shù)據(jù),推算得到武威氣象站的總輻射量。武威氣象站年平均太陽輻射量為5862.35 MJ/m2,最低值出現(xiàn)在2018 年,最高值出現(xiàn)在1997 年。武威氣象站太陽輻射的年變化較大,其數(shù)值在286.0 MJ/m2～675.1 MJ/m2之間,月總輻射在5月達(dá)最高值,6月、7月和8月略小于5 月,冬季12月為最小值。

3 太陽能資源綜合評價結(jié)論

參照《太陽能資源評估方法》（GB/T 37526-2019）中相關(guān)規(guī)定,涼州區(qū)平均太陽輻射量為5862.4 MJ/m2,資源等級為很豐富（B級）；水平面總輻射穩(wěn)定度GHRS為0.4236,穩(wěn)定度等級一般（B級）；涼州區(qū)太陽能資源直射比（DHRR）為0.6327,直射比等級為很高（A級）。綜合考慮,該地區(qū)適宜太陽能資源開發(fā)[1]。

4 結(jié)語

（1）在武威地區(qū),meteonorm8.0輻射數(shù)據(jù)整體數(shù)值明顯偏大,直接應(yīng)用需慎重。

（2）因甘肅全省具有太陽輻射觀測業(yè)務(wù)的氣象站點(diǎn)較少,空間占有率極低,多數(shù)學(xué)者雖然采用各類方法估算太陽能資源,但任何評估方法均存在部分不足,其可靠性有待進(jìn)一步驗證。因此,一方面,有必要通過方法效果檢驗增強(qiáng)評估結(jié)論的準(zhǔn)確性和精細(xì)度；另一方面,需增加觀測站點(diǎn),通過大量數(shù)據(jù)積累,修正優(yōu)化評估結(jié)果,這對于太陽能資源的合理開發(fā)利用有重要作用。