电 力 技 术
Electric Power TechnologyVol.19 No.5Mar.2010 第 19 卷 第 5 期 2010 年 3
月 内蒙古太阳能资源空间分布特性 及光伏并网发电利用研究
周帅林 1,王海生 2,高 健 1,张文博 1,许 轶 2,常德生 2 (1.大唐国际化工技术研究院有限公司,北京 100070;
2.大唐国际发电股份有限公司,北京 100140
0 前言
内蒙古地域广袤,大部分地区属温带气候,地 处中纬度西风带,在国家的内陆腹地,远离海洋, 属于较强的大陆性气候,多数地区干旱少雨,太阳 能资源十分丰富,近年逐渐形成我国光伏产业发展 的一个聚集区,多个大型的光伏电站建设也在规划 中。太阳能资源是影响光伏发电成本的关键因素之 一,文献 [1]简单研究了内蒙古西中部的额济纳、锡 林浩特、海拉尔三个代表站点 1991 ~ 2006年逐月太 阳总辐射的变化趋势,目前尚未发现有文献对内蒙 古全区太阳能资源的空间分布特性进行研究。虽有 文献研究了山东、湖北、四川、宁夏、辽宁、新疆 等省区的太阳能资源空间分布特性 [2-8],但未发现有 文献对国内某一省区的光伏发电时间和发电成本的 空间分布趋势展开论述。
本文依据国家气象信息中心提供的观测资料, 对全区太阳能资源、光伏并网系统年等效满负荷发 电时间和发电成本的空间分布特性进行了研究,归 纳了光伏并网系统投资—年等效满负荷发电时间— 发电成本的对应关系曲线,可作为内蒙古光伏并网 发电项目选址的有效分析工具。
1 资料与方法
选取 2005 ~ 2008年国家一级气象站点逐年逐月 太阳辐射和日照时间观测数据,结合国家二级气象
站点的年日照时间观测数据,计算二级气象站点的年 总辐射,文献 [2,3,5,6,8]提供了相关的计算方法。再根据 一、二级气象站点的年总辐射,分析太阳能资源的 空间分布特性。图 1显示了计算过程以及所采用的 SURFER 空间插值分析方法。
图 1 总辐射计算及空间分布分析过程示意图 2 年等效满负荷发电时间及发电成本计算
2.1 水平面直接辐射和空间散射辐射计算 由国家气象局信息中心提供和第 1节计算所得到 的年总辐射为水平面年总辐射。为计算光伏阵列的发 电时间,首先需要得到水平面直接辐射 S 和空间散射 辐射 D 。
文献 [9-10]提供了多种计算水平面直接辐射 S 和空 间散射辐射 D 的经验公式,本文采用如下的计算方 法 [11]:
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2.2 光伏阵列年等效满负荷发电时间计算 由水平面直接辐射 S 和空间散射 D 可计算光伏 阵列倾斜面上的总辐射量,进而计算光伏阵列发电 量和年等效满负荷发电时间。光伏阵列倾斜面太阳总 辐射量与其安装倾斜角和太阳照射时的高度角有关 [12]
,如图 2所示 :
图 2 光伏阵列安装示意图
倾斜面上太阳总辐射量计算如公式 (3所示,光 伏阵列的发电量计算如公式 (4所示。
在公式 (4计算结果的基础上,公式 (5计算了 光伏阵列年等效满负荷发电时间。应该指出的是,年 等效满负荷发电时间是由太阳辐射量、光伏组件性能 参数、逆变器转换效率和交流并网效率等综合因素所 决定。同时假设光伏并网系统使用年限 25年,输出 衰减 15%,并且各年呈线性衰减。
(1 (2 (3 (4 (5
表 1 太阳能光伏并网系统效率参数
装机容量 /kWp10000贷款年限 /年 17系统投资 /(元 /千瓦
25000贷款利率 7.11%运营期 /年 25固定资产残值率 2%折旧期 /年 20运营费用 /(万元 /年
638贷款比例 80% --
注 :(1系统投资包括设备及安装工程、建筑工程以 及其他安装过程中所发生的费用 ;
(2运营费用参照某 10 MWp光伏并网电站工程可 行性研究报告数据。 表 3 光伏并网发电系统发电成本构成 项目 金额 /万元 占总成本比例
年折旧费 98037.9%年财务费 966.9637.4%年运营费 63824.7%年合计成本 2584.96 100.00% 3 结果与分析
图 3和图 4显示了 2008年内蒙古全区太阳能年 总辐射和光伏并网年等效满负荷发电时间的空间分
式中,
Q ——水平面总辐射 ; S ——水平面直接辐射 ; D ——空间散射辐射 ; K d ——散射辐射在总辐射中的比例。 式中, ——中午时分的太阳高度角 ; ——光伏阵列倾角 ; ——光伏阵列倾斜面上的太阳总辐射量 ; W ——发电量 ; ——光伏阵列总面积 ; ——太阳能电池组件转化效率 ;
——光伏阵列效率 ; ——逆变器转换效率 ; ——交流并网效率。
计算中,光伏阵列多晶硅组件选取代表商业化 先进水平的无锡尚德太阳能电力有限公司生产的 STP280-24/Vd产品,依据产品性能参数, 10 MWp光伏阵列面积 Sarea 为 71865 m2,表 1给出了计算中 有关的效率参数。
在光伏阵列安装过程中,存在一个最佳安装倾 角,此时光伏阵列倾斜面上的太阳总辐射量 最大, 对应的公式 (3计算得到最大的年等效满负荷发电时 间。
应用图 1所描述的空间分布分析方法,得到最 大的年等效满负荷发电时间空间分布趋势。
2.3 光伏并网发电成本计算
表 2和表 3建立了光伏并网系统的发电成本计 算模型,如果已知光伏并网发电量,在给出光伏并 网发电系统年折旧费、年财务费以及年运营费的基 础上,就可以计算出光伏并网发电成本。
表 2 光伏并网系统的发电成本计算模型 ? 7 ?
周帅林,等:内蒙古太阳能资源空间分布特性及光伏并网发电利用研究 第 5 期 图 3 2008年内蒙古年总辐射空间分布 /(MJ/m2
图 4 2008年内蒙古年等效满负荷发电时间空间分布 /h
从太阳辐射量的角度衡量,内蒙古最适宜建设光 伏并网电站的地方是乌拉特中旗、乌拉特后旗等地 区,其年太阳总辐射达到 7000 ~ 8000 MJ/m2,年等 效满负荷发电时间大于 1800小时,其次是西南部的 额济纳旗和阿拉善右旗等地区,其年太阳总辐射达 到 6000 ~ 7000 MJ/m2,年等效满负荷发电时间超过 1600小时。
图 5显示了内蒙古全区太阳能光伏并网发电成本 的空间分布趋势 :蒙东、蒙中地区发电成本较高,尤 其是东北部海拉尔附近地区,接近 1.60￥ /kWh; 西 部地区发电成本在 1.20 ~ 1.40￥ /kWh范围内 ; 乌特 拉旗地区发电成本接近 1.00￥ /kWh。
图 5 2008年内蒙古光伏发电成本空间分布 /(￥ /kWh 图 6 光伏系统投资—年等效负荷发电时间— 发电成本对应关系
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