太陽(yáng)輻射氣象站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與NASA數(shù)據(jù)對(duì)比分析
——以吐魯番地區(qū)光資源為例

胡小韋

(新疆新能源研究院有限責(zé)任公司,烏魯木齊　830026)

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太陽(yáng)輻射氣象站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與NASA數(shù)據(jù)對(duì)比分析
——以吐魯番地區(qū)光資源為例

胡小韋

(新疆新能源研究院有限責(zé)任公司,烏魯木齊830026)

摘要：近年來(lái)，中國(guó)太陽(yáng)能開發(fā)和利用發(fā)展迅速，而項(xiàng)目區(qū)光資源的好壞往往關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的成敗，其評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源是否真實(shí)可靠地反映了該區(qū)域的實(shí)際情況顯得尤為重要，文章利用不同數(shù)據(jù)來(lái)源對(duì)吐魯番地區(qū)光資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為類似區(qū)域進(jìn)行資源評(píng)價(jià)和項(xiàng)目開發(fā)提供參考。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)輻射；對(duì)比分析；NASA；吐魯番地區(qū)

0前言

隨著國(guó)家新能源發(fā)展戰(zhàn)略的提出和實(shí)施，中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入跨越式發(fā)展的階段[1-3]。太陽(yáng)能是可再生、無(wú)污染、能量大、前景廣的能源，大力發(fā)展光伏這一清潔能源已成為世界各國(guó)的戰(zhàn)略選擇。中國(guó)太陽(yáng)能儲(chǔ)量很大、分布面廣，開發(fā)利用潛力巨大[4-7]。

近年來(lái)受國(guó)家政策和資金的支持，中國(guó)太陽(yáng)能開發(fā)和利用發(fā)展迅速[8-11]，截至2014年底，光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量2 805萬(wàn)kW，其中，光伏電站2 338萬(wàn)kW，分布式467萬(wàn)kW，同時(shí)國(guó)家能源局73號(hào)文中明確提出2015年新增光伏容量17.8 GW，意味著中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)新一輪的投資熱潮。在此背景下，基礎(chǔ)輻射數(shù)據(jù)源作為評(píng)價(jià)一個(gè)區(qū)域資源好壞的依據(jù)[11]，在進(jìn)行光伏場(chǎng)址選擇顯得尤為重要；而往往項(xiàng)目場(chǎng)區(qū)較為偏遠(yuǎn)，缺乏一手的輻射數(shù)據(jù)作為支撐，而不得不采用其他數(shù)據(jù)源進(jìn)行項(xiàng)目場(chǎng)址的遴選，如采用NASA或其他數(shù)據(jù)。本文采用吐魯番氣象站的實(shí)測(cè)輻射數(shù)據(jù)與NASA數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而得出兩者差異，為項(xiàng)目前期開發(fā)及選址提供參考。

1研究區(qū)概況及參證氣象站的選取

吐魯番地區(qū)位于新疆東部，是新疆太陽(yáng)能資源較為豐富的地區(qū)[13]。吐魯番地區(qū)屬于典型的大陸性暖溫帶荒漠氣候，日照充足，熱量豐富但又極端干燥，降雨稀少且大風(fēng)頻繁，故有“火洲”、“風(fēng)庫(kù)”之稱。全年日照時(shí)數(shù)為3 000～3 200 h，比我國(guó)東部同緯度地區(qū)多1 000 h左右[14]，太陽(yáng)年輻射量5 940～6 120 MJ/m2，比同緯度的華北、東北地區(qū)多550～750 MJ/m2。

從資源條件上來(lái)看，吐魯番年均輻射量較哈密和和田-民豐-且末-若羌沿線以南區(qū)域差，又比天山北麓好，由于南疆南部區(qū)域春季多沙塵暴和浮塵，太陽(yáng)輻射減弱，散射分量增大，吐魯番地區(qū)太陽(yáng)能輻射資源介于南疆南部和哈密之間，且沙塵天氣較南疆少，因此選取吐魯番氣象站作為研究對(duì)象具有一定代表性。

吐魯番氣象站為國(guó)家三級(jí)站，屬國(guó)家基準(zhǔn)氣象站，地理坐標(biāo)為N42°56′，E89°12′，海拔高度34.5 m，具有多年太陽(yáng)輻射、氣溫、氣壓、溫度、主導(dǎo)風(fēng)向等觀測(cè)數(shù)據(jù)。為了對(duì)比NASA數(shù)據(jù)與氣象站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)差異，在進(jìn)行NASA數(shù)據(jù)下載時(shí)選取與吐魯番氣象站相同的地理經(jīng)緯度。

2對(duì)比與分析

2.1太陽(yáng)總輻射對(duì)比

2.1.1吐魯番太陽(yáng)總輻射分析

根據(jù)收集到吐魯番氣象站1993—2009年17 a間全年太陽(yáng)總輻射量數(shù)據(jù)圖1(a)，繪制出多年年際變化幅度直方圖，詳見(jiàn)圖1(b)：

圖1(a)　吐魯番氣象站太陽(yáng)總輻射年際變化直方圖

統(tǒng)計(jì)表明：吐魯番地區(qū)多年平均全年太陽(yáng)總輻射量為5 512.86 MJ/m2，其中1996年最高，達(dá)到6 005.37 MJ/m2；1999年最低，僅為5 038.57 MJ/m2，相差966.8 MJ/m2。17 a中有6 a總輻射量超過(guò)平均值，11 a小于平均值，年平均波動(dòng)幅度3.87%，年際最大波動(dòng)幅度-12.30%(1997—1998年)。

圖1(b) 吐魯番氣象站太陽(yáng)總輻射年際變化幅度直方圖

2.1.2吐魯番地區(qū)NASA太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)

NASA Surface Meteorology and Solar Energy Data Set數(shù)據(jù)庫(kù)(由美國(guó)The NASA Langley Research Centre發(fā)布管理，與SSE數(shù)據(jù)庫(kù)兼容，2006年后采用太陽(yáng)輻射觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，其中2008年1月1日后采用Terra與Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可以做到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新。The NASA Langley Research Centre與加拿大Canmet中心合作，為RETScreen軟件提供數(shù)據(jù)支持，可通過(guò)該軟件下載數(shù)據(jù)。)吐魯番地區(qū)1993—2009年年際變化直方圖見(jiàn)圖2。

圖2　吐魯番地區(qū)NASA太陽(yáng)總輻射年際變化直方圖

統(tǒng)計(jì)表明：吐魯番地區(qū)多年平均全年太陽(yáng)總輻射量為5 943.53 MJ/m2，其中2009年最高，達(dá)到6 393.67 MJ/m2，1996年最低，為5 575.57 MJ/m2，相差818.1 MJ/m2。

2.1.3太陽(yáng)總輻射實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與NASA數(shù)據(jù)對(duì)比分析

為了更好地對(duì)比分析同一個(gè)點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與NASA數(shù)據(jù)的差異，將2種數(shù)據(jù)源放到同一個(gè)直方圖中進(jìn)行比對(duì)，從圖3可以看出：除1996和1997年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)略微較NASA數(shù)據(jù)大以外，其余氣象站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)總體較NASA數(shù)據(jù)小，且2007至2009年尤為明顯。

圖3吐魯番氣象站太陽(yáng)總輻射數(shù)據(jù)與NASA數(shù)據(jù)對(duì)比圖

2.2月輻射量對(duì)比分析

2.2.1氣象站月輻射量對(duì)比分析

收集整理了吐魯番氣象站1993—2009年1 a間月輻射量，從圖4可以看出：氣象站多年月輻射量4—9月較大，冬春季月輻射量相對(duì)較小，其中6月輻射量最大，12月輻射量最小。

圖4　吐魯番氣象站月輻射量年內(nèi)變化直方圖

2.2.2NASA月輻射量對(duì)比分析

從NASA數(shù)據(jù)中獲取氣象站處多年月輻射值，從圖5可以看出：NASA多年月平均輻射值以5月份最大，12月份最小，相差473 MJ/m2。其中月輻射量4—9月較大，冬春季月輻射量相對(duì)較小，每年1—5月逐月增大，6—12月逐月減小。

圖5　NASA數(shù)據(jù)月輻射量年內(nèi)變化直方圖

2.2.3月輻射量對(duì)比分析

從圖6可以看出：2種數(shù)據(jù)源總體趨勢(shì)變化一致，NASA月輻射量值總體較實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)大，其中NASA數(shù)據(jù)全年以5月份太陽(yáng)總輻射量為最大，達(dá)到712.31 MJ/m2；12月份最小，僅為228.40 MJ/m2，相差483.9048 MJ/m2；實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)6月最大，達(dá)到722.7 MJ/m2，12月份最小，僅為150 MJ/m2，6、7、8三個(gè)月實(shí)測(cè)月輻射量大于NASA數(shù)據(jù)值。

圖6吐魯番氣象站太陽(yáng)月輻射數(shù)據(jù)與NASA數(shù)據(jù)對(duì)比圖

2.3對(duì)比結(jié)果分析

(1) 2種數(shù)據(jù)源多年總輻射數(shù)據(jù)比較表明：① 年變化趨勢(shì)基本一致，但部分年份差值過(guò)大，尤其在1996年，NASA數(shù)據(jù)為多年最小值，而吐魯番氣象站為多年最大值；② 總體來(lái)講，NASA太陽(yáng)總輻射值較實(shí)測(cè)值偏大，且2007—2009年尤為明顯，平均增加430.1 MJ/m2。

(2) 2種數(shù)據(jù)源多年月輻射值總體趨勢(shì)變化一致，月輻射量4—9月較大，冬春季月輻射量相對(duì)較小，每年1—5月逐月增大，6—12月逐月減小，NASA月輻射量值總體較實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)大。

分析差異原因，由于NASA通過(guò)對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)反演得到的分辨率在3～110 km的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)，因此是造成數(shù)據(jù)值偏大的主要原因，加之由于吐魯番氣象站海拔較低，春秋季風(fēng)沙較大，同時(shí)氣象觀測(cè)站址位于城區(qū)，受工業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)所帶來(lái)的大氣污染較重，底層大氣透明度較差，導(dǎo)致其觀測(cè)數(shù)據(jù)值較低，在進(jìn)行項(xiàng)目選址時(shí)應(yīng)充分考慮其特殊性。

3結(jié)論

通過(guò)對(duì)比分析表明：吐魯番地區(qū)NASA數(shù)據(jù)結(jié)果較實(shí)測(cè)值偏大，如現(xiàn)場(chǎng)無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用NASA數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)偏差，從1993—2009年對(duì)比偏差平均值為390 MJ/m2，高出實(shí)測(cè)值約6.5%，基本上在可接受范圍內(nèi)，需要在發(fā)電量折減時(shí)將這一因素考慮進(jìn)去。

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Comparison and Analysis on Data of Solar Radiation from Meteorological Station and NASA——with solar resource in Turfan region

HU Xiaowei

(Xinjiang New Energy Institute Co., Ltd., Urumqi830026,China)

Abstract:In recent years, solar energy in China is developed and utilized rapidly. Whether the solar resource in project region is good or not is related to the project success. Whether the basic data for assessment of the solar resource truly and reliably present the actual one of the region is very important. In the paper, the solar resource in Turfan region is assessed by application of different data resources to provide the resource assessment of similar regions and project development with reference. Key words:solar radiation; comparison and analysis; NASA; Turfan region

文章編號(hào)：1006—2610(2016)03—0075—04

收稿日期：2016-02-03

作者簡(jiǎn)介：胡小韋(1982- )，男，新疆阿克蘇人，工程師，主要從事新能源開發(fā)利用工作.

中圖分類號(hào)：P413

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.020