郭曉寧等

摘要

利用1961～2010年格爾木地區(qū)及其周邊站點(diǎn)的常規(guī)和輻射氣象資料，通過(guò)天氣學(xué)原理和方法，針對(duì)格爾木地區(qū)影響光伏電站太陽(yáng)輻射的天氣環(huán)流形勢(shì)和影響系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提取了預(yù)報(bào)指標(biāo)建立了預(yù)報(bào)方法，并對(duì)預(yù)報(bào)的結(jié)論進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，此研究建立的輻射預(yù)報(bào)方法預(yù)報(bào)與實(shí)況誤差較小，該方法對(duì)逐時(shí)、逐日太陽(yáng)輻射的預(yù)報(bào)均具有使用價(jià)值，該方法能為格爾木地區(qū)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供必要的氣象科技支撐和決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞格爾木；太陽(yáng)輻射；預(yù)報(bào)方法；光伏電站

中圖分類(lèi)號(hào)S214文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）06-01772-04

AbstractBy using the principle and method of synoptic meteorology， based on the meteorological data of Golmud area in 1961-2010， this paper analyzed the weather circulation situation and influence system of Golmud area that influencing the solar radiation of PV power station. It tested forecasting results from the forecast index and prediction method. Results showed that： there is a small error between the radiation prediction method established in this study and the actual observation. Therefore， the method for prediction of hourly， daily solar radiation has use value and can provide necessary technical support and decisionmaking basis for the development of photovoltaic industry in Golmud area.

Key words Golmud； Solar radiation； Forecasting method； PV power station

格爾木地處青藏高原腹地、柴達(dá)木盆地南緣，空氣稀薄，干燥少雨，日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)能資源十分豐富，在全國(guó)屬高值區(qū)。2011年建成太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目24個(gè)，裝機(jī)規(guī)模573 MW，為全市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了電力支撐。2012年格爾木市根據(jù)電網(wǎng)接入、土地、園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施等條件，新開(kāi)工太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目21個(gè)，裝機(jī)規(guī)模530 MW。規(guī)劃建設(shè)東出口、南出口、格爾木河西岸、小灶火和烏圖美仁5個(gè)光伏發(fā)電園區(qū)，總規(guī)劃用地面積721 km2、總規(guī)劃裝機(jī)容量7 210 MW。光伏電站的發(fā)電量受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化而起伏不定，它受云量、大氣透明度等氣象因素的影響變化幅度明顯[1]，當(dāng)光伏電站發(fā)電量在整個(gè)電網(wǎng)流動(dòng)中占有一定的比重后如何最大限度發(fā)揮光伏電站的效益，且保證供電網(wǎng)安全、平衡成為電力調(diào)度部門(mén)高度關(guān)注的問(wèn)題。光伏電與水電、火電相比它的可控性差，為了保持供電網(wǎng)的安全與平衡，作為電力部門(mén)、光伏企業(yè)必須掌握光伏電站地區(qū)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度逐日逐時(shí)變化狀況，針對(duì)光伏發(fā)電量多與少，調(diào)劑水電、火電發(fā)電量來(lái)保證電量供給和傳輸電網(wǎng)安全。光伏電站發(fā)電量的多少直接與當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射強(qiáng)度、時(shí)間密切相關(guān)。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)光伏電站輻射方面做了很多研究[2-4]，但格爾木地區(qū)光伏電站輻射預(yù)報(bào)方面的研究還處于空白，為此，筆者利用1961～2010年格爾木地區(qū)及其周?chē)军c(diǎn)的常規(guī)和輻射資料，通過(guò)天氣學(xué)原理和方法，針對(duì)該地區(qū)影響光伏電站太陽(yáng)輻射的天氣環(huán)流和影響系統(tǒng)進(jìn)行了分析，提取預(yù)報(bào)指標(biāo)建立預(yù)報(bào)方法，并對(duì)其預(yù)報(bào)進(jìn)行了檢驗(yàn)，研究光伏電站地區(qū)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化，分析和掌握變化規(guī)律及影響的因素，從天氣學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方面研究太陽(yáng)輻射的預(yù)報(bào)指標(biāo)和方法，建立光伏電站氣象預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能資源充分利用，對(duì)光伏電站充分發(fā)揮氣象科技為政府決策、發(fā)電企業(yè)進(jìn)行科學(xué)合理布局和調(diào)度，對(duì)滿足格爾木電力服務(wù)需求、提高專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù)水平、進(jìn)一步拓展專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù)領(lǐng)域、提高專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù)經(jīng)濟(jì)效益、加強(qiáng)氣象與電力部門(mén)的合作起到積極的推動(dòng)作用，也為保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。

1資料與方法

1.1 資料的選取

選取1961年1月～2010年12月格爾木、德令哈、烏蘭、大柴旦、冷湖、茫崖、小灶火、茶卡、諾木洪和都蘭10個(gè)氣象站的日照、地面溫度等氣象資料。為了研究方便選取西寧、格爾木、剛察的輻射進(jìn)行對(duì)比分析。應(yīng)用剛察的日照時(shí)數(shù)、地面最高溫度建立剛察月總輻射量計(jì)算方程，用該方程計(jì)算了2005年1月～2009年12月諾木洪、都蘭、小灶火地區(qū)1～12月日太陽(yáng)總輻射量進(jìn)行對(duì)比分析。

1.2分析方法

首先分析未來(lái)5 d影響格爾木地區(qū)的高低空環(huán)流形勢(shì)、影響系統(tǒng)等，并根據(jù)短期預(yù)報(bào)結(jié)果確定未來(lái)5 d格爾木地區(qū)的天空狀況，然后再根據(jù)天氣狀況是否是晴天、多云天還是陰雨天研究未來(lái)5 d逐日逐時(shí)和日總輻射預(yù)報(bào)方法。利用2005年10月1日～2009年12月31日格爾木的逐日天況、最高氣溫、最低氣溫和通過(guò)9210工程下發(fā)的歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的格點(diǎn)為2.5°×2.5°數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品資料中的25°～50°N、80°～110°E范圍內(nèi)高度、溫度、相對(duì)濕度、地面氣壓、全風(fēng)速以及計(jì)算得出的24 h變壓和變溫等資料作為預(yù)報(bào)因子，選取格爾木逐時(shí)輻射和日總輻射資料作為預(yù)報(bào)對(duì)象，采用多元逐步回歸方法將預(yù)報(bào)因子和預(yù)報(bào)對(duì)象建立逐月逐時(shí)輻射的客觀預(yù)報(bào)方程，建立了客觀定量的逐月逐時(shí)輻射預(yù)報(bào)方法。首先利用上述資料分別與格爾木、諾木洪、都蘭、小灶火4個(gè)站逐時(shí)輻射和日總輻射資料進(jìn)行相關(guān)普查，選出相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值較大的因子作為逐步回歸分析的備選因子。2結(jié)果與分析

2.1天氣背景

根據(jù)調(diào)查研究，格爾木地區(qū)對(duì)太陽(yáng)能利用影響最大的氣象災(zāi)害是降水、大風(fēng)和沙塵暴。進(jìn)入21世紀(jì)，格爾木地區(qū)降水量呈增多趨勢(shì)，且夏半年較冬半年明顯，不同量級(jí)雨日平均雨量也呈增大趨勢(shì)，尤其是夏半年≥10 mm的雨日明顯增多。春季（3～5月）是沙塵暴天氣出現(xiàn)次數(shù)最多的季節(jié)，占年總次數(shù)的50%以上，其次是冬季（12月～次年2月），而秋季（9～11月）出現(xiàn)次數(shù)最少。分析發(fā)現(xiàn)，格爾木地區(qū)沙塵暴日數(shù)總的變化呈減少趨勢(shì)，大風(fēng)日數(shù)在12.4～50.0 d，中心在諾木洪附近。大風(fēng)日數(shù)主要集中在3～6月份，約占全年大風(fēng)日數(shù)的50%～70%。年沙塵暴日數(shù)約3～5 d；沙塵暴日數(shù)主要集中在2～5月，約占全年沙塵暴日數(shù)的70%～90%。大風(fēng)日數(shù)空間分布與沙塵暴日數(shù)的空間分布關(guān)系極為密切。

2.1.1

大風(fēng)和沙塵暴環(huán)流形勢(shì)。

通過(guò)天氣學(xué)方法，分析格爾木地區(qū)大風(fēng)、沙塵暴天氣的歷史資料，將大風(fēng)并伴有沙塵暴天氣的500 hPa高空環(huán)流形勢(shì)（55°～130°E、15°～65°N）劃分為蒙古冷槽型、巴湖低槽型、西北氣流型、西亞橫槽型、西風(fēng)急流型5種類(lèi)型。沙塵暴天氣的影響系統(tǒng)一般有冷低壓槽、強(qiáng)冷鋒和颮線等中小尺度系統(tǒng)配合。大風(fēng)和沙塵暴天氣的冷空氣路徑一般有西北路徑、偏西路徑和偏北路徑3條[5-6]。

2.1.2

降水環(huán)流形勢(shì)。

根據(jù)格爾木地區(qū)系統(tǒng)性降水的特點(diǎn)，在500 hPa天氣圖上，將55°～130°E、15°～65°N范圍內(nèi)造成降水的天氣形勢(shì)進(jìn)行了分型，分為南北槽疊加型、兩高一低型、西風(fēng)槽型、高原切變型、副高東退型5種。通過(guò)天氣個(gè)例統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)形成格爾木地區(qū)區(qū)域性降水的影響系統(tǒng)主要有低壓槽、低渦、切變線、冷鋒、錮囚鋒等，且區(qū)域性降水主要出現(xiàn)在大尺度環(huán)流背景下。

2.2輻射預(yù)報(bào)方法的建立

2.2.1

大風(fēng)、沙塵暴天氣學(xué)預(yù)報(bào)模型。對(duì)應(yīng)大風(fēng)、沙塵暴天氣形勢(shì)，統(tǒng)計(jì)分析出了大風(fēng)、沙塵暴出現(xiàn)前一天08：00、20：00或出現(xiàn)當(dāng)天08：00高空及大風(fēng)出現(xiàn)前一天14：00地面指標(biāo)或當(dāng)天05：00地面指標(biāo)，以巴湖低槽型為例，當(dāng)滿足以下3個(gè)條件中的2個(gè)條件時(shí)，則預(yù)報(bào)未來(lái)24 h內(nèi)有大風(fēng)、沙塵暴天氣：

3 結(jié)論與討論

（1）格爾木地區(qū)日照時(shí)數(shù)最多的月份是5月，8和10月為日照時(shí)數(shù)相對(duì)高值期，隆冬季節(jié)的1、2和12月的日照時(shí)數(shù)最少，月日照時(shí)數(shù)變化曲線呈三峰型；年日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)呈明顯下降趨勢(shì)。

（2）格爾木地區(qū)輻射月平均總輻射從3月開(kāi)始急劇增加，5月達(dá)峰值， 7月開(kāi)始下降，9月迅速下降，冬季12、1月達(dá)最小值；日輻射持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是5、6和7月，日輻射時(shí)間分別達(dá)15 h，但07：00和21：00的輻射量非常小；日輻射持續(xù)最短的是1和12月，日輻射時(shí)間分別為11和10 h。

（3）通過(guò)對(duì)太陽(yáng)輻射預(yù)報(bào)結(jié)果和實(shí)測(cè)值進(jìn)行檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，逐日太陽(yáng)總輻射預(yù)報(bào)與實(shí)況誤差較小，該方法對(duì)逐時(shí)、逐日太陽(yáng)輻射的預(yù)報(bào)均具有使用價(jià)值。

（4）格爾木太陽(yáng)輻射預(yù)報(bào)受天氣條件制約比較明顯；天氣晴好、日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)時(shí)，太陽(yáng)輻射預(yù)報(bào)誤差明顯減小。陰雨天氣時(shí)，預(yù)報(bào)誤差明顯增大，如何降低陰雨天氣時(shí)的預(yù)報(bào)誤差，是下一步工作中需要研究的重點(diǎn)。

（5）格爾木地區(qū)是青海省太陽(yáng)能光伏電站發(fā)展的集聚區(qū)，研究太陽(yáng)輻射預(yù)報(bào)方法，對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供決策、發(fā)電企業(yè)進(jìn)行科學(xué)合理布局和調(diào)度具有十分積極的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]

劉金蘭.火山爆發(fā)對(duì)柴達(dá)木盆地太陽(yáng)輻射、氣溫、蒸發(fā)量的影響[J].青海氣象，1994（3）：20-22.

[2] 李芬，陳正洪，成馳，等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電量預(yù)報(bào)方法的發(fā)展[J].氣候變化研究進(jìn)展，2011（2）：136-142.

[3] 劉布春，盧志光，高景民，等.干旱、半干旱地區(qū)紫外線輻射強(qiáng)度及其預(yù)報(bào)方法的研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2003，24（1）：57-62.

[4] 保廣裕，張景華，錢(qián)有海，等.柴達(dá)木光伏發(fā)電地區(qū)逐時(shí)太陽(yáng)輻射預(yù)報(bào)方法研究[J].青海農(nóng)林科技，2012（1）：17-18.

[5] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社，2000.

[6] 丁一匯.高等天氣學(xué)[M].北京：氣象出版社，2005.