東營(yíng)市太陽能資源評(píng)估分析

張洪衛(wèi)，張立清，劉春蘭

(1.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州730000;2.山東省東營(yíng)市氣象局，山東東營(yíng)257091)

太陽能已經(jīng)被國(guó)際公認(rèn)為是未來最有競(jìng)爭(zhēng)力的能源之一，太陽能資源具有取之不盡、用之不竭;不污染環(huán)境、不破壞生態(tài);周而復(fù)始、可以再生;分布廣泛、使用方便;就地可取、不需運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，因此太陽能利用前景廣闊。目前世界各國(guó)十分重視太陽能資源的開發(fā)利用工作，可通過生物轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、光化學(xué)轉(zhuǎn)化等方式利用太陽能。為了加強(qiáng)東營(yíng)市太陽能資源的高效利用，科學(xué)合理的應(yīng)用開發(fā)利用太陽能資源，減少不可再生的化石類能源的利用，必須做好太陽能資源評(píng)估工作。準(zhǔn)確評(píng)估區(qū)域內(nèi)的太陽能資源，對(duì)于該區(qū)域內(nèi)的太陽能資源開發(fā)利用具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1 東營(yíng)市太陽能資源

太陽能資源的多少一般以到達(dá)地面的太陽總輻射量來表示。太陽總輻射量與天文因子、物理因子、氣象因子等關(guān)系密切，在實(shí)際工作中通常利用半經(jīng)驗(yàn)、半理論的方法，建立各月太陽總輻射量與相關(guān)因子之間的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算各月太陽總輻射量，從而得到每年太陽能資源的數(shù)量。

為了更充分地開發(fā)和利用太陽能資源，根據(jù)太陽能資源中的一些主要指標(biāo)進(jìn)行太陽能資源進(jìn)行的評(píng)估是十分必要的。表1列出了根據(jù)30年的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的東營(yíng)市逐月太陽能資源參數(shù)。

2 太陽能資源豐富程度評(píng)估

以太陽總輻射的年總量為指標(biāo)，進(jìn)行太陽能資源豐富程度評(píng)估。按文獻(xiàn)[1]的劃分，太陽能資源豐富程度等級(jí)見表2。

東營(yíng)市的年平均太陽總輻射量為5 199 MJ·m－2，即1 441 kW·h·m－2，屬太陽能資源一般地區(qū)。主要是受大陸性季風(fēng)性氣候影響，雨日較多，雨云產(chǎn)生遮擋作用，減少了太陽的直接輻射，另外，空氣中塵粒雜質(zhì)稍多，空氣的吸收與散射作用增強(qiáng)，這樣大大減少了太陽到達(dá)地球表面輻射量，使東營(yíng)市與同緯度內(nèi)陸地區(qū)比較，太陽輻射量要小得多。

3 太陽能資源利用價(jià)值評(píng)估

一天中日照時(shí)數(shù)如小于6 h，其太陽能一般沒有利用價(jià)值。利用各月日照時(shí)數(shù)大于6 h的天數(shù)為指標(biāo)，反映太陽能資源的利用價(jià)值。

東營(yíng)市各月日照時(shí)數(shù)大于6 h的天數(shù)差別較大(表1)，4－8月較高，11月至次年2月較低，其中8月份日照時(shí)數(shù)最大，正是秋高氣爽的應(yīng)照。7月份低于6月份與8月份，也正是東營(yíng)市歷年的雨季的準(zhǔn)確反應(yīng)，也就是在夏秋，太陽能的可利用價(jià)值較高，冬季利用價(jià)值較低。冬季月太陽總輻射量與日照時(shí)數(shù)小于夏季，比較符合人們夏季用水量較大冬季用水量小的習(xí)慣，但對(duì)于全年均勻用能如太陽能照明、太陽能光電及集中冬季用能的太陽能采暖較為不利。根據(jù)歷年氣象統(tǒng)計(jì)資料東營(yíng)市年平均日照時(shí)數(shù)為2 712.5 h，平均每天為大于7 h，說明東營(yíng)市的太陽能具有可利用價(jià)值，但受各種天氣因素影響較大。

4 太陽能資源穩(wěn)定程度評(píng)估

一年中各月日照時(shí)數(shù)大于6 h的天數(shù)最大值與最小值的比值，可以反映當(dāng)?shù)靥柲苜Y源全年變幅的大小，比值越小說明太陽能資源全年變化越穩(wěn)定，就越利于太陽能資源的利用。此外，最大值與最小值出現(xiàn)的季節(jié)也反映了太陽能資源的一種特征。

根據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)資料，最大值與最小值的比值為21/14，說明東營(yíng)市太陽能資源全年輻射量變化不大，而且總輻射量并不小，應(yīng)以全年總輻照量為主要利用依據(jù)，在要求不是太嚴(yán)格的地方，可適當(dāng)降低使用要求，在要求嚴(yán)格的地方，需考慮輔助加熱措施。

東營(yíng)市屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年氣溫波動(dòng)不大，歷史極端最低氣溫僅－18.1℃，在做好保溫的情況下，一般不用考慮防凍輔助加熱。

5 太陽能資源日最佳利用時(shí)段評(píng)估

利用太陽能日變化的特征作為指標(biāo)，評(píng)估太陽能資源日變化規(guī)律。以當(dāng)?shù)卣枙r(shí)9:00－10:00的年平均日照時(shí)數(shù)作為上午日照情況的代表，以正太陽時(shí)11:00－13:00時(shí)的年平均日照時(shí)數(shù)作為中午日照情況的代表，以正太陽時(shí)14:00－15:00的年平均日照時(shí)數(shù)作為下午日照情況的代表。哪一段時(shí)期的年平均日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，則表示該段時(shí)間是一天中最有利太陽能資源利用的時(shí)段。對(duì)東營(yíng)市太陽能分時(shí)輻射量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3。由表3可知東營(yíng)市正午11:00－13:00的平均日照時(shí)數(shù)最長(zhǎng)，即一天中最有利太陽能資源利用的時(shí)段是中午。

表3 東營(yíng)市太陽能分時(shí)輻射量

6 小結(jié)

東營(yíng)市屬我國(guó)沿海城市，位于黃河三角洲地區(qū)，為太陽能資源一般的三類地區(qū)，接近資源較豐富的二類地區(qū)。但地處沿海，受季風(fēng)性氣候影響，空氣中水汽含量較高，容易形成云和霧，影響太陽輻射。東營(yíng)市的太陽能資源相對(duì)較穩(wěn)定，在太陽能利用方面應(yīng)考慮太陽能在少數(shù)年份不穩(wěn)定性所產(chǎn)生的問題。統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果顯示，11:00－13:00時(shí)的太陽能的平均輻射強(qiáng)度與輻射時(shí)間都是一天內(nèi)最強(qiáng)的時(shí)段，因此最佳利用時(shí)間是11:00－13:00。

[1]中國(guó)氣象局.太陽能資源評(píng)估方法[M].北京.氣象出版社，2008.