安徽省太陽(yáng)輻射能資源的時(shí)空分布特征與可利用潛力評(píng)估

李丹丹，何 昊，仇恒帥，吳 澤，潘非凡, 楊書(shū)運(yùn), 2*

安徽省太陽(yáng)輻射能資源的時(shí)空分布特征與可利用潛力評(píng)估

李丹丹1，何 昊1，仇恒帥1，吳 澤1，潘非凡1, 楊書(shū)運(yùn)1, 2*

(1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，合肥 230036；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部合肥農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，合肥 230036)

為了明確安徽省太陽(yáng)能資源的時(shí)空分布特征與可利用潛力，基于安徽省20個(gè)氣象站臺(tái)1970—2020逐日日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)，以亳州、合肥和黃山作為安徽的代表站點(diǎn)，分析安徽省太陽(yáng)輻射能的時(shí)空變化及可利用潛力。結(jié)果表明：安徽省太陽(yáng)輻射空間分布呈北多南少，太陽(yáng)輻射量近51年來(lái)呈下降趨勢(shì)。皖北地區(qū)太陽(yáng)輻射量最大、波動(dòng)也較大，皖中以及皖南太陽(yáng)輻射量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。各代表站點(diǎn)太陽(yáng)輻射量具有11年左右周期變化，與太陽(yáng)活動(dòng)周期具有一致性。安徽省總體處于太陽(yáng)能資源豐富區(qū)，利用期較長(zhǎng)，日照穩(wěn)定。安徽省屋頂可裝光伏電池面積為1 277.51 km2，集中于安徽省中部及北部，占全省面積的0.9%，發(fā)電潛力約為2.05×1014kJ。

太陽(yáng)能資源；安徽??；資源評(píng)估；時(shí)空分布特征

煤炭和石油等化石燃料的大量使用是全球變暖的主要原因之一，諸多國(guó)家為追求經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求持續(xù)上升，同時(shí)嚴(yán)重的環(huán)境與氣候問(wèn)題危及人類(lèi)自身的生存[1-2]。中國(guó)人口基數(shù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模決定了能源消費(fèi)總量大，但中國(guó)作為負(fù)責(zé)的大國(guó)，主動(dòng)提出了碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行重大迅速的轉(zhuǎn)變，尋求清潔高效的新能源[3-4]。太陽(yáng)能作為一種總量巨大的氣候能源，對(duì)其高效合理的開(kāi)發(fā)與利用是解決能源危機(jī)的有效途徑[5-7]。然而太陽(yáng)能能量具有密度低、時(shí)空分布不均的特點(diǎn)，有必要明確中國(guó)地表太陽(yáng)輻射量時(shí)空分布，對(duì)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行評(píng)估[8-9]。

目前中國(guó)各地陸續(xù)進(jìn)行太陽(yáng)輻射能開(kāi)發(fā)潛力評(píng)估，其中太陽(yáng)能資源豐富的西北地區(qū)是研究的熱 點(diǎn)[10-13]。已有研究討論了太陽(yáng)輻射能的分布特征和變化規(guī)律，并且基于太陽(yáng)能豐富度、穩(wěn)定度、利用價(jià)值等指標(biāo)對(duì)太陽(yáng)能資源可利用潛力進(jìn)行評(píng)估[14-16]。除此之外，郝玉珠等對(duì)內(nèi)蒙古進(jìn)行太陽(yáng)能資源評(píng)估時(shí)還加入了影響太陽(yáng)輻射的因子研究[10]；顧瑋等考慮到新疆天氣特點(diǎn)與人口分布特征，結(jié)合了沙塵天氣頻次、人口豐富度、陸路交通可達(dá)性及土地利用情況進(jìn)行太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)利用評(píng)估[17]；周揚(yáng)等針對(duì)江蘇省的土地利用現(xiàn)狀，估算了屋頂可裝光伏電池面積并估計(jì)了發(fā)電量[13]。然而，現(xiàn)階段太陽(yáng)能資源的利用與發(fā)展還存在許多局限，中東部電力供應(yīng)無(wú)法滿足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而西北地區(qū)太陽(yáng)能發(fā)電的穩(wěn)定性和輸送技術(shù)還需提升，電力資源的長(zhǎng)穩(wěn)供應(yīng)將是未來(lái)影響中國(guó)中東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，因此加強(qiáng)中東部太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用對(duì)支持中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義[18-20]。安徽位于中國(guó)亞熱帶核心地區(qū)，是中國(guó)南北分界線秦嶺-淮河所在地的代表地區(qū)，地形起伏導(dǎo)致輻射差異較大，并且安徽省在政策上大力支持太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，光伏研發(fā)實(shí)力雄厚，光伏生產(chǎn)鏈初具雛形，具有優(yōu)越的發(fā)展條件與前景[21-23]。明確安徽省的太陽(yáng)輻射能發(fā)展?jié)摿?，有利于太?yáng)能的利用和開(kāi)發(fā)。已有學(xué)者對(duì)安徽省的太陽(yáng)輻射時(shí)空變化進(jìn)行了研究，并對(duì)地形與日照時(shí)數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了討論[22-23]。然而對(duì)于安徽地區(qū)太陽(yáng)能資源穩(wěn)定度評(píng)估缺乏系統(tǒng)性的研究，并且需要根據(jù)安徽省土地開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行太陽(yáng)輻射開(kāi)發(fā)潛力的分析。

本研究將安徽省劃分為皖北、皖中以及皖南地區(qū)，分別以亳州、合肥和黃山作為代表性站點(diǎn)，進(jìn)行太陽(yáng)輻射能的變化趨勢(shì)、突變與周期的研究；利用20個(gè)氣象站臺(tái)1970—2020逐日數(shù)據(jù)，分析輻射空間變化特征，在此基礎(chǔ)上分析太陽(yáng)輻射進(jìn)行穩(wěn)定度和可利用潛力，以期為安徽省太陽(yáng)輻射能資源開(kāi)發(fā)與利用提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

研究基于安徽省20個(gè)氣象站臺(tái)1970—2020 年的逐日氣象要素觀測(cè)數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于“中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)”（http://cdc.cma.gov.cn）。從皖北、皖中和皖南地區(qū)（淮河流域以北為皖北，長(zhǎng)江水系以南為皖南）選取代表站點(diǎn)，分別為亳州、合肥和黃山進(jìn)行太陽(yáng)輻射量變化規(guī)律的研究。安徽省土地利用情況來(lái)自于Esri對(duì)外公布全球10 m土地覆蓋數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)利用歐洲航天局（ESA）的Sentinel-2衛(wèi)星影像繪制而成。

1.1 太陽(yáng)總輻射計(jì)算模型

本研究采用安徽省20個(gè)氣象臺(tái)1970—2020 年的逐日日照時(shí)數(shù)估算太陽(yáng)輻射量，并通過(guò)反距離權(quán)重法獲得安徽省太陽(yáng)能資源空間分布情況。采用盧燕宇等基于理想天文輻射下，將合肥和屯溪兩個(gè)站點(diǎn)的輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行合并所得到的太陽(yáng)總輻射計(jì)算公式[23]：

=Q(0.1538+0.5372) （1）

其中為太陽(yáng)總輻射量，單位為MJ·m-2·d-1；Q為天文總輻射，單位為MJ·m-2·d-1；為日照百分率，根據(jù)安徽省20個(gè)氣象站觀測(cè)的日照時(shí)數(shù)計(jì)算所得。

1.2 趨勢(shì)分析

通過(guò)一元線性回歸分析代表站點(diǎn)1970—2020 年太陽(yáng)輻射量的多年變化趨勢(shì)[17]，斜率為正代表變化趨勢(shì)為增加，斜率為負(fù)代表變化趨勢(shì)為減少。

1.3 突變檢驗(yàn)分析

主要對(duì)長(zhǎng)時(shí)序的數(shù)據(jù)突變性進(jìn)行檢驗(yàn)，可明確數(shù)據(jù)的突變時(shí)間及區(qū)域并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。曲線按時(shí)間順序呈正態(tài)分布，組成一條UF曲線，經(jīng)信度檢驗(yàn)可以得出序列是否有明顯變化趨勢(shì)，將該方法運(yùn)用到反序列之中可以得到一條逆序曲線(UB曲線)，突變點(diǎn)為兩條曲線在臨界值線內(nèi)的交點(diǎn)。在顯著水平=0.05的水平下(兩條曲線的臨界值為±1.96)，＞0則表示序列呈上升趨勢(shì)，反之則下降；當(dāng)大于臨界值(＞1.96)時(shí)，則表示上升趨勢(shì)明顯，反之則下降趨勢(shì)明顯[10]。

1.4 小波分析

小波分析可以將太陽(yáng)輻射要素與時(shí)間序列相聯(lián)系，反映太陽(yáng)總輻射的周期變化和時(shí)域分布，本研究對(duì)安徽省年輻射總量進(jìn)行小波分析。

1.5 可利用潛力分析

根據(jù)中國(guó)氣象局頒布的“太陽(yáng)能資源評(píng)估方法”，本試驗(yàn)分別通過(guò)豐富度、穩(wěn)定度和利用價(jià)值評(píng)估安徽省太陽(yáng)能資源總體狀況[12]。其中豐富度根據(jù)太陽(yáng)年累計(jì)平均輻射量分為：一般(<3 780 MJ·m-2)、豐富(3 780～5 040 MJ·m-2)、很豐富(5 040～6 300 MJ·m-2)和極豐富(>6 300 MJ·m-2)4個(gè)等級(jí)；以年平均日照時(shí)數(shù)大于6 h的天數(shù)作為太陽(yáng)能資源利用價(jià)值評(píng)估，將≥280 d評(píng)估為利用期極長(zhǎng)、280～240 d為很長(zhǎng)、<240 d為長(zhǎng)；日照穩(wěn)定程度利用每月日照時(shí)數(shù)最大值與最小值的比值大于6 h天數(shù)表示，以< 2為穩(wěn)定、2～4為較穩(wěn)定、≥4為不穩(wěn)定作為劃分標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)安徽省土地開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，參考周揚(yáng)等太陽(yáng)能應(yīng)用潛力分析，估算安徽省屋頂光伏發(fā)電潛力[13]。安裝光伏電池屋頂面積(W)及年光伏發(fā)電量(H)計(jì)算公式如下：

W為可利用屋頂面積，單位：m2；設(shè)可用屋頂全部用于光伏發(fā)電，α光伏普及率設(shè)定為100%；J為人造地表面積，單位：m2；根據(jù)安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)《安徽省保障性住房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》[24]，房屋密度為25%；為我國(guó)屋頂占居住區(qū)面積45%。H為年有效發(fā)電量，單位：kWh；W為光伏發(fā)電總峰值功率，單位：W；η為蓄電池庫(kù)倫效率，本研究取0.86；η為逆變器效率，本研究取0.93；為衰變系數(shù)約為0.89；D年峰值日照時(shí)數(shù)為輻射量除系數(shù)3.6，單位：h;W為單晶硅電池的峰值功率，取240 W；為單晶硅電池面積4.47 m2。

2 結(jié)果與分析

2.1 太陽(yáng)輻射空間分布特征

由圖1可知，安徽省太陽(yáng)年累計(jì)平均輻射量在空間上呈現(xiàn)北多南少，從北到南逐漸遞減的趨勢(shì)。皖北地區(qū)以亳州、宿州和蚌埠太陽(yáng)年累計(jì)平均輻射量最高，分別達(dá)到4 669.4、4 662.3和4 576.1 MJ·m-2。皖中地區(qū)太陽(yáng)輻射空間分布情況較為復(fù)雜，大部分地區(qū)太陽(yáng)年累計(jì)平均輻射量處于4 000～4 500 MJ·m-2的范圍內(nèi)，但合肥太陽(yáng)年累計(jì)平均輻射量高于其他地區(qū)，其值達(dá)到4 535.1 MJ·m-2；東部金寨、霍山太陽(yáng)年累計(jì)平均輻射量較低，分別為3 608.4和3 962.6 MJ·m-2。皖南地區(qū)太陽(yáng)年累計(jì)平均輻射量最低，以屯溪為最低僅達(dá)到3 568.8 MJ·m-2。

圖1 安徽省年均太陽(yáng)輻射空間分布(a)和資源分區(qū)情況(b)

Figure 1 Spatial distribution of annual mean solar radiation (a) and resource zoning (b) in Anhui

表 1 代表站點(diǎn)季節(jié)和年累計(jì)平均太陽(yáng)輻射量

注：采用氣象劃分法劃分四季（陽(yáng)歷3-5月為春季；6-8月為夏季；9-11月為秋季；12-次年2月為冬季）。

2.2 太陽(yáng)輻射時(shí)間分布特征

安徽省太陽(yáng)年累計(jì)平均輻射量由北向南遞減。由表1可知，皖北地區(qū)亳州年累計(jì)平均輻射量可達(dá)4 669.4 MJ·m-2·a-1，其次為皖中地區(qū)合肥年累計(jì)平均輻射量達(dá)到4 535.1 MJ·m-2·a-1，皖南地區(qū)黃山為最小僅達(dá)到3 974.1 MJ·m-2·a-1。夏季太陽(yáng)輻射量為全年中的最大值，其次是春季、秋季，冬季輻射量最少。

圖2 安徽代表站點(diǎn)年均太陽(yáng)輻射變化和M-K檢驗(yàn)

Figure 2 Annual average solar radiation variation of representative stations in Anhui and M-K test

對(duì)3個(gè)代表站點(diǎn)1970—2020年太陽(yáng)年累計(jì)輻射量變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，亳州、合肥和黃山都呈下降趨勢(shì)，每年分別以4.472、3.998與4.292 MJ·m-2的速度減小。亳州1995年前波動(dòng)幅度較小，于1995年后波動(dòng)幅度明顯增大，且于2017年達(dá)到峰值（5 188.3 MJ·m-2），2003年為最低值（3 982.0 MJ·m-2）。合肥與黃山太陽(yáng)輻射量近51年來(lái)波動(dòng)幅度一致無(wú)明顯變化趨勢(shì)，合肥太陽(yáng)輻射量波動(dòng)范圍為4 250～5 500 MJ·m-2，黃山站波動(dòng)范圍為3 500～4 500 MJ·m-2。

亳州UF線自1980年起持續(xù)低于0水平線，且存在下降趨勢(shì)，2008年前后降至臨界值水平線以下，于2013年前后回到置信區(qū)間內(nèi)，且UF線、UB線存在多個(gè)突變點(diǎn)。合肥UF線呈先下降后上升、最后逐漸下降趨勢(shì)，除1970—1971年與1983—1995年UF線都處于0水平之下，太陽(yáng)輻射量總體呈下降趨勢(shì)，2016—2018年突破臨界值水平線，此時(shí)下降趨勢(shì)十分明顯，UF線與UB線的交點(diǎn)出現(xiàn)在1996年，出現(xiàn)負(fù)突變，與年均輻射量趨勢(shì)變化一致。黃山UF線處于置信區(qū)間內(nèi)圍繞0上下波動(dòng)，于2016年后呈下降趨勢(shì)。

圖3 安徽代表站點(diǎn)太陽(yáng)輻射小波等值線圖

Figure 3 Solar radiation wavelet contour map of representative stations in Anhui

2.3 太陽(yáng)輻射周期

利用小波分析對(duì)3個(gè)代表站點(diǎn)1970—2020年年累計(jì)太陽(yáng)輻射量進(jìn)行周期分析，同一時(shí)間尺度下，數(shù)值正負(fù)和大小分別代表輻射的增減過(guò)程和周期變化的顯著性。由圖 2可知，亳州太陽(yáng)輻射存在8～12 年和22～27 年兩個(gè)不同時(shí)間尺度的周期變化。其中8～12 年時(shí)間尺度僅在1996—2018 年存在，22～27 年時(shí)間尺度具有全域性，經(jīng)歷了增-減-增的變化，閉合線在該周期聚集，振蕩周期顯著約為2～4 年。合肥太陽(yáng)輻射存在4～9 年和16～20 年兩個(gè)周期變化。4～8 年的周期變化僅分布于1970—1990 年，16～20 年的時(shí)間尺度具有全域性且經(jīng)歷了增-減的變化，該時(shí)間尺度下振蕩周期約為2～4 年。黃山在8～15 年有一個(gè)小的變化周期，經(jīng)歷了增-減的變化，振蕩周期比較紊亂約為2～3 年。太陽(yáng)活動(dòng)具有11年和22年兩個(gè)周期，以小周期11年最為顯著[25-26]。亳州和合肥太陽(yáng)輻射量具有11年和22年周期變化，黃山太陽(yáng)輻射量則存在11年周期變化，3個(gè)代表站點(diǎn)的周期變化均與太陽(yáng)活動(dòng)11 年周期具有一致性。

2.4 可利用潛力分析

安徽省太陽(yáng)輻射量處于3 568.8～4 669.4 MJ·m-2的范圍內(nèi)，總體資源分區(qū)情況為豐富（3 780～5 040 MJ·m-2），僅西部及南部少數(shù)地區(qū)為一般（＜3 780 MJ·m-2）（圖 1）。安徽省利用價(jià)值與日照穩(wěn)定度呈現(xiàn)由北向南遞減的趨勢(shì)。由表 2，年平均日照時(shí)數(shù)大于6 h的天數(shù)均大于140 d且小于240 d，表明安徽省太陽(yáng)能利用期長(zhǎng)。亳州年均日照時(shí)數(shù)大于6 h的天數(shù)為最高達(dá)到206 d，黃山為最少僅147 d。安徽省日照穩(wěn)定度處于2～4 d較穩(wěn)定的范圍內(nèi)，其中以亳州地區(qū)日照穩(wěn)定為最高，屯溪日照穩(wěn)定度為最低。

表2 安徽省太陽(yáng)能資源利用價(jià)值及日照穩(wěn)定度情況

圖4 安徽省土地利用情況(a)及可開(kāi)發(fā)用地情況(b)

Figure 4 Land use (a) and developable land (b) in Anhui Province

土地利用情況對(duì)太陽(yáng)能發(fā)展影響關(guān)鍵，基于下墊面類(lèi)型對(duì)安徽省太陽(yáng)能資源利用潛力進(jìn)行討論，圖4為安徽省2020年10 m×10 m分辨率土地利用情況及可開(kāi)發(fā)用地情況。皖北地區(qū)以耕地為主，皖中地區(qū)有水體、耕地和森林的存在，下墊面復(fù)雜，皖南地區(qū)森林面積占比較大。為了保護(hù)環(huán)境和耕地，將耕地、森林、草地、濕地和水體設(shè)定為禁止開(kāi)發(fā)區(qū)，其中人造地表面積（可開(kāi)發(fā)用地）為14 194.61 km2，而安徽省的裸地主要分布于西部及南部山區(qū)中，由于交通的不可達(dá)性，不予考慮。本研究假設(shè)屋頂面積全部可裝光伏電池進(jìn)行發(fā)電，并進(jìn)行發(fā)電潛力的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下：屋頂可裝光伏電池面積為1 277.51 km2，集中于安徽省中部及北部，占全省面積的0.9%，發(fā)電潛力約為2.05×1014kJ。

3 討論與結(jié)論

利用安徽省20個(gè)氣象站點(diǎn)逐日日照時(shí)數(shù)，進(jìn)行太陽(yáng)輻射時(shí)空分布特征的研究。結(jié)果表明安徽省太陽(yáng)輻射呈下降趨勢(shì)，這與四川、湖南以及華南等地區(qū)研究結(jié)果一致[12,14,16]。何彬方等[27]認(rèn)為安徽省日照時(shí)數(shù)的下降與氣溶膠粒子濃度增加、水汽壓和降水增加等顯著相關(guān)，與胡景波等[28]和徐夢(mèng)春等[29]關(guān)于氣溶膠粒子影響日照時(shí)數(shù)的研究結(jié)果一致，這可能是本研究中太陽(yáng)輻射呈下降趨勢(shì)的原因。相關(guān)研究多為氣象因素對(duì)日照時(shí)數(shù)或太陽(yáng)輻射的影響，忽略了太陽(yáng)周期活動(dòng)的作用，肖子牛等研究表明太陽(yáng)活動(dòng)的周期變化與地球的氣候變化具有相關(guān)性[30]；王剛等發(fā)現(xiàn)地球所接受的太陽(yáng)輻射周期變化與太陽(yáng)活動(dòng)周期相符[31]。本研究中，經(jīng)小波分析發(fā)現(xiàn)，安徽省代表站點(diǎn)太陽(yáng)輻射量變化具有一定的周期性，均顯示出了 11年左右變化周期。郝玉珠等在進(jìn)行內(nèi)蒙古太陽(yáng)輻射量變化研究時(shí)發(fā)現(xiàn)存在11年的完整波動(dòng)周期[10]。馬金玉等對(duì)全中國(guó)近50年的太陽(yáng)總輻射時(shí)空變化特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)各地區(qū)均存在10～13 年和20～23 年的周期變化特征，與太陽(yáng)活動(dòng)周期具有一致性，以上研究均與本研究結(jié)果一致[32]。

本研究利用日照時(shí)數(shù)與經(jīng)驗(yàn)公式分析安徽省太陽(yáng)輻射空間分布。相關(guān)研究表明，局地地形對(duì)太陽(yáng)輻射空間分布影響明顯[33-34]。理論上太陽(yáng)輻射應(yīng)該與緯度成反比，但安徽省的輻射分布情況總體呈現(xiàn)北多南少，西部少數(shù)地區(qū)輻射量也較低。此現(xiàn)象應(yīng)與安徽省地形有聯(lián)系，皖南及西部少數(shù)地區(qū)日照時(shí)數(shù)少于皖北地區(qū)是由于多山地。安徽整體處于太陽(yáng)能資源豐富區(qū)，可利用天數(shù)大于140 d，日照穩(wěn)定度較穩(wěn)定，太陽(yáng)能發(fā)展可利用土地占全省面積的0.9%，集中于安徽省中部及北部，具有良好的光伏發(fā)展?jié)摿Α?/p>

安徽省太陽(yáng)輻射量近51年來(lái)呈下降趨勢(shì)。其中皖北地區(qū)太陽(yáng)輻射總量大但變化也劇烈；皖中地區(qū)和皖南地區(qū)輻射量均在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。經(jīng)小波分析發(fā)現(xiàn)，皖北地區(qū)亳州存在8～12年和22～27年兩個(gè)周期變化，皖中地區(qū)合肥存在4～9年和16～20 年兩個(gè)周期變化，皖南地區(qū)黃山在8～15年有一個(gè)變化周期。3個(gè)代表站點(diǎn)輻射變化具有周期性，均存在11年左右的周期變化，與太陽(yáng)活動(dòng)周期具有一致性。

安徽省總體太陽(yáng)年均輻射量處于3 568.8～ 4 669.4 MJ·m-2·a-1的范圍內(nèi)，夏季輻射量最大?？臻g分布呈現(xiàn)北多南少的特征，亳州地區(qū)太陽(yáng)年累計(jì)平均輻射量最多，安徽西部金寨地區(qū)與南部屯溪、祁門(mén)地區(qū)太陽(yáng)年累計(jì)平均輻射量最少。太陽(yáng)能資源程度評(píng)估如下：安徽省總體處于太陽(yáng)能資源豐富區(qū)，僅西部和南部少數(shù)地區(qū)為資源一般區(qū)；從資源利用價(jià)值來(lái)看，安徽省太陽(yáng)能資源可利用天數(shù)均大于140 d，利用期較長(zhǎng)，日照穩(wěn)定度處于2～4 d較穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

安徽省太陽(yáng)能可開(kāi)發(fā)用地集中于皖北及皖中地區(qū)，屋頂可裝光伏電池面積為1 277.51 km2，集中于安徽省中部及北部，占全省面積的0.9%，發(fā)電潛力約為2.05×1 014kJ。

[1] 周祎, 顧阿倫. 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電成本下降和減排碳價(jià)分析[J]. 可再生能源, 2019, 37(7): 1084-1090.

[2] HU A X, LEVIS S, MEEHL G A, et al. Impact of solar panels on global climate[J]. Nat Clim Change, 2016, 6(3): 290-294.

[3] 黃震, 謝曉敏. 碳中和愿景下的能源變革[J]. 中國(guó)科學(xué)院院刊, 2021, 36(9): 1010-1018.

[4] QI L Q, ZHANG Y J. Effects of solar photovoltaic technology on the environment in China[J]. Environ Sci Pollut Res Int, 2017, 24(28): 22133-22142.

[5] SWEERTS B, PFENNINGER S, YANG S, et al. Estimation of losses in solar energy production from air pollution in China since 1960 using surface radiation data[J]. Nat Energy, 2019, 4(8): 657-663.

[6] LIN B Q, CHEN Y. The rapid development of the photovoltaic industry in China and related carbon dioxide abatement costs[J]. Reg Environ Change, 2020, 20(2): 49.

[7] 齊月, 房世波, 周文佐. 近50年來(lái)中國(guó)地面太陽(yáng)輻射變化及其空間分布[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(24): 7444-7453.

[8] 黃盼, 趙偉, 李?lèi)?ài)農(nóng). 川西山區(qū)太陽(yáng)輻射估算及其時(shí)空分布特征[J]. 山地學(xué)報(bào), 2017, 35(3): 420-428.

[9] LEI Y, LU X, SHI M, et al. SWOT analysis for the development of photovoltaic solar power in Africa in comparison with China[J]. Environ Impact Assess Rev, 2019, 77: 122-127.

[10] 郝玉珠, 李興華, 胡亞男, 等. 內(nèi)蒙古57年太陽(yáng)能資源變化規(guī)律及影響因子[J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào), 2021, 42(9): 145-151.

[11] 馮剛, 李衛(wèi)華, 韓宇, 等. 新疆太陽(yáng)能資源及區(qū)劃[J]. 可再生能源, 2010, 28(3): 133-139.

[12] 梁玉蓮, 申彥波, 白龍, 等. 華南地區(qū)太陽(yáng)能資源評(píng)估與開(kāi)發(fā)潛力[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào), 2017, 28(4): 481-492.

[13] 周揚(yáng), 吳文祥, 胡瑩, 等. 江蘇省可用太陽(yáng)能資源潛力評(píng)估[J]. 可再生能源, 2010, 28(6): 10-13.

[14] 鐘燕川, 馬振峰, 徐金霞, 等. 基于地形分布式模擬的四川省太陽(yáng)能資源評(píng)估[J]. 西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2018, 40(7): 115-121.

[15] 劉淳, 任立清, 李學(xué)軍, 等. 1990—2019年中國(guó)北方沙區(qū)太陽(yáng)能資源評(píng)估[J]. 高原氣象, 2021, 40(5): 1213-1223.

[16] 杜東升, 張劍明, 張建軍. 湖南省太陽(yáng)能資源時(shí)空分布特征及評(píng)估[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2015, 31(36): 170-175.

[17] 顧瑋, 古麗·加帕爾, 尹瀚民, 等. 新疆南疆地區(qū)太陽(yáng)能資源時(shí)空分布特征及區(qū)劃研究[J]. 干旱區(qū)地理, 2021, 44(6): 1665-1675.

[18] GUEYMARD C A, LARA-FANEGO V, SENGUPTA M, et al. Surface albedo and reflectance: review of definitions, angular and spectral effects, and intercomparison of major data sources in support of advanced solar irradiance modeling over the Americas[J]. Sol Energy, 2019, 182: 194-212.

[19] HANAK D P , MANOVIC V. Linking renewables and fossil fuels with carbon capture via energy storage for a sustainable energy future[J]. Front Chem Sci Eng, 2020, 14(3): 453–459 .

[20] 牟初夫, 王禮茂, 屈秋實(shí), 等. 主要新能源發(fā)電替代減排的研究綜述[J]. 資源科學(xué), 2017, 39(12): 2323-2334.

[21] 楊圣春, 項(xiàng)棵林, 楊帆. 我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與展望[J]. 中外能源, 2017, 22(6): 19-23.

[22] 盧燕宇, 田紅, 侯恩兵, 等. 實(shí)際地形下地表太陽(yáng)總輻射的簡(jiǎn)化算法及應(yīng)用[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 2017, 38(7): 397-406.

[23] 盧燕宇, 田紅, 魯俊, 等. 近50年安徽省太陽(yáng)總輻射的時(shí)空變化特征[J]. 氣象科技, 2016, 44(5): 769-775.

[24] 安徽省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.安徽省保障性住房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn): DB34/1524-2019[EB/OL]. (2011-10-31)[2012-10-31]. ah. anhuinews.com/qmt/system/2011/10/31/004531988.shtml.

[25] 郝立生, 畢寶貴, 姚學(xué)祥. 太陽(yáng)活動(dòng)變化分析[J]. 空間科學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 27(4): 265-270.

[26] MCINTOSH S W, CHAPMAN S, LEAMON R J, et al. Overlapping magnetic activity cycles and the sunspot number: forecasting sunspot cycle 25 amplitude[J]. Sol Phys, 2020, 295(12): 1-14.

[27] 何彬方, 馮妍, 荀尚培, 等. 安徽省50年日照時(shí)數(shù)的變化特征及影響因素[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2009, 24(7): 1275-1285.

[28] 胡景波, 邱杰, 王磊, 等. 南太湖地區(qū)紫外輻射強(qiáng)度及影響因子分析[J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào), 2020, 41(9): 169-174.

[29] 徐夢(mèng)春, 徐青山. 氣溶膠粒子特性和垂直分布對(duì)輻射的影響[J]. 紅外與激光工程, 2016, 45(2): 161-167.

[30] 肖子牛, 鐘琦, 尹志強(qiáng), 等. 太陽(yáng)活動(dòng)年代際變化對(duì)現(xiàn)代氣候影響的研究進(jìn)展[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2013, 28(12): 1335-1348.

[31] 王剛, 顏雙喜, 林敏. 海洋熱含量對(duì)太陽(yáng)總輻射11年周期變化的響應(yīng)[J]. 氣象科技進(jìn)展, 2014, 4(4): 13-18.

[32] 馬金玉, 羅勇, 申彥波, 等. 近50年中國(guó)太陽(yáng)總輻射長(zhǎng)期變化趨勢(shì)[J]. 中國(guó)科學(xué): 地球科學(xué), 2012, 42(10): 1597-1608.

[33] 許宗文, 駱漢, 趙廷寧, 等. 基于GIS的復(fù)雜地形下的太陽(yáng)直接輻射分布規(guī)律[J]. 中國(guó)水土保持科學(xué), 2014, 12(3): 113-118.

[34] 文明章, 張容焱, 高建蕓, 等. 基于地形的福建省太陽(yáng)輻射模擬計(jì)算及評(píng)估[J]. 亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報(bào), 2013, 8(3): 65-71.

Spatial and temporal distribution characteristics and evaluation of solar energy resources in Anhui Province

LI Dandan1, HE Hao1, QIU Hengshuai1, WU Ze1, PAN Feifan1, YANG Shuyun1, 2

(1. School of Resources and Environment, Anhui Agricultural University, Hefei 230036; 2. Hefei Agricultural Environmental Science Observation and Experimental Station, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Hefei 230036)

In order to clarify the spatial and temporal distribution characteristics and utilization of solar energy resources in Anhui Province, this study analyzed the spatial and temporal variation and utilization potential of solar radiation energy in Anhui Province based on the daily sunshine hours data of 20 meteorological stations from 1970 to 2020, with Bozhou, Hefei and Huangshan as representative stations in Anhui Province. The results showed that the spatial distribution of solar radiation in Anhui Province was more in the north and less in the south. The solar radiation in northern Anhui fluctuated greatly, while the solar radiation in central Anhui and southern Anhui fluctuated within a certain range. The 11-cycle variation of each representative station was consistent with the solar activity cycle. Anhui Province is generally in the area of abundant solar energy resources, with a long utilization period and stable sunshine. The area of photovoltaic cells that could be installed on the roofs of Anhui Province was 1 277.51 km, concentrated in the central and northern parts of Anhui Province, accounting for 0.9% of the province's area, with a power generation potential of about 2.05×1014kJ.

solar energy resources; Anhui Province; resource assessment; temporal and spatial distribution characteristics

TK511

A

1672-352X (2022)06-0990-07

10.13610/j.cnki.1672-352x.20230106.019

2023-01-10 13:28:30

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail//34.1162.S.20230109.1150.003.html

2021-12-07

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2017YFD0301301-1)資助。

李丹丹，碩士研究生。E-mail：1104813422@qq.com.com

楊書(shū)運(yùn)，博士，教授。E-mail：yangshy@ahau.edu.cn