中国太阳能辐射数据监测有待完善与发展
来源:PV-Tech | 0评论 | 10346查看 | 2014-06-06 13:37:00    
  2014年开始,中国光伏电价补贴已经不在全国统一电价,而是根据太阳能资源的优劣划分了三类地区,这三类地区将分别获得1、0.95、0.9元/千瓦时的标杆上网电价( 表一)。太阳能资源数据对于电站的项目选址、发电量预计有直接的关系,但光伏行业在这方面的积累还非常有限。

表一:各资源区的标杆上网电价(注:西藏自治区标杆电价另行制定;电价单位:元/千瓦时)

数据的来源

  2013年底国家能源局出台了光伏电站暂行管理办法,其中里面第12条明确规定项目开发前期,必须要有现场实测数据,或者有代表性的实测数据。在一份提交给国家能图一:NREL的SAM页面源局的文件中 ,中国96个基准站的10年平均水平面总辐射量统计表被作为附件递交上去。这个遍及中国所有省、直辖市的数据表格给出了包括经纬度、海拔、水平面年辐射量、倾斜面年辐射量以及等效满发小时数等诸多参数。这份保密级别的文件外界很难以看到,在新建项目中,要获得有用的光资源数据,要么从当地气象局购买,要么免费从NASA来查找。

  目前国内外已经有一些机构在做太阳辐射的研究。美国航空航天局(NASA)通过对卫星观测数据的反演,免费为用户提供分辨率为3—110公里的太阳辐射数据。NASA的数据库已经成为中国光伏行业获取太阳能资源数据最主要的来源。国际电工委员会(IEC)中国专家代表林阳认为NASA的免费公开数据并不准确,“我们对比过甘肃某地的数据 ,NASA公开数据给出的值是1600kW.h/m.a,但实际的数据是接近2000kW.h/m.a。NASA公开数据有较大的误差,特别是在阴、雨天气较多的地区下误差能达到25%。LDK工程公司副总经理张雷也表示“NASA的数据很有名,但并不是一个可靠的来源。”

  美国可再生能源实验室(NREL)也在研究跟太阳能发电相关的光资源数据,他们用的也是NASA数据,但是其分辨率是3—40公里的资源数据,在其推出的SY STEMADVISOR  MODEL(sam.nrel.gov)免费设计软件中,给出了更为准确的光资源数据。“在中国范围内,SAM会免费向使用者提供其IP位置方圆五公里的资源数据,超过这个范围的数据没法下载,但是可以向NREL发邮件索要项目所在地的数据。”林阳曾经收到了NREL回复邮件并得到了想要的数据,“这个软件主要针对美国光伏市场的需求。”林阳表示,光资源数据来源还是比较多的,“我曾经用过MeteoTest瑞士公司开发的Meteonorm软件,还有人用法国美迪公司的Meteo Dyn Solar工具的数据。一些国内的专业团队在近几年也将会推出一系列免费的全国光资源数据源。”

图一:NREL的SAM页面

  中国面积广大,全国各地区光资源及太阳辐射资源有较大差异,根据国家气象局风能太阳能评估中心划分标准,我国太阳能资源地区被划分为四类(见表二)。

  中国经过数十年的积累也拥有了自己的光资源数据。中国从 1953年开始测量太阳辐射,目前有2300个气象站和310座气象台。其中122个基准气象台中拥有10年以上数据的气象台只有96个。中国气象局是这些数据的所有者。国家气象局风能太阳能资源中心(以下简称风太中心)研究员赵东表示,中国气象局有两套相关的数据,核心是全国96个基站的观测数据。其中一套来自气象卫星数据,通过官方理论模型,考虑到经纬度、海拔等一系列参数计算出来,然后再对比96个基站的真实数据进行校对而得出;另一套数据来自全国2000多个气象站点的日照时数等数据与96个气象台数据的综合结果。风太中心目前为光伏行业提供电站太阳能资源评估和太阳能发电专业数值天气预报的服务。

表二:中国太阳能资源等级划分,QX/T 89-2008太阳能资源评估方法

图二:1978—2007年全国平均直接辐射总量(来源:国家气象局)

  神华集团下属的国华能源投资有限公司是中国气象局风能太阳能资源评估中心的长期客户,张华(匿名)向记者表示 ,“我们在做前期选址的时候要用到光资源数据,一个坐标点的数据要十五万左右。”对于气象局的数据收费,张雷也表示不 满,“希望国家气象局能把数据免费向电站投资者开放。我们进行投资就会产生税收,而税收支撑了国家政府的运行。现在气象局把这些数据拿来卖钱,对整体的光伏行业是不利的。”在记者采访的大部分电站开发商中,在前期项目开始就从气象局购买数据的并不多,一些开发商会通过关系从已有数据者那里获取,更多的是去找类似NASA的免费数据。张雷曾经通过一个名为中国气象资源共享网的网站获取免费的气息数据,“但后来气象局把这个网站关闭了。”事实上,即使购买了气象局的数据,这些数据并非完全准确。张华表示,一方面每年的光资源会因为天气变化而不同,另一方面“不知道什么原因,东部地区的气象数据总是偏低。”

图三:美国专业资源评估公司3 Tier的数据,基于卫星气象数据以及专业模型推算,分辨率精确到3km。

  记者在西部多个地区发现,同一地区的不同电站其组件倾角最大超别超过5度。赵东解释道,“可靠的光资源数据是非常必要的。最直接的影响是电站设计中倾角的计算,目前主要的计算方法都没 有问题,差异来自于光资源数据。”目前中国有98个气象台站监测总辐射量数据,17个台站拥有直接辐射数据,而光伏倾角计算更多依赖直射辐射数据,“即使同样总辐射量级的光资源地区,有的地方直射辐射分量多,有的地方散射辐射分量多,后者地区组件更倾向于平放,而前者组件跟踪太阳更合适。”赵东补充到,“最佳倾角计算除了考虑辐射,还要考虑当地的温度和风速等诸多因素。”

站内的气象仪
  目前大部分光伏电站在站内安装了气象仪,但目前大多数设备的数据采集并不完备。MEMC在中国投资的第一个电站——敦煌迪盛正在收集倾角辐射,其项目经理乔利军表示,“倾角辐射数据比水平数据能更好的反应电站发电量和运行状况。”在张雷看来,完备的气象仪至少要有四块太阳辐射表,分别测量总辐射值、散射辐射值、倾角辐射值以及直射光数据,其中直射辐射的高精度跟踪器要占据较高的成本,有的电站为了节约这方面的预算,直射辐射量就直接用总辐射量减去散射辐射量,这种做法并不完善。“测光数据是为了光功率预测服务的,要做光功率预测需要以这四块表的测试值为依据。”中国光伏专家王斯成在考察了西部电站后发现,一些电站并没有安装倾角辐射表,但这些电站运维人员会通过软件经过对水平辐射值的计算得到需要的数据。

  中广核敦煌特许权电站在站内架设的太阳辐射监测仪记录了去年一年的数据,但由于仪器的问题并没有得到全年的所有数据。但根据其中8个月的数据来看(见表三),实测辐照量与NASA数据和可行 性研究的数据最大参考误差超过30%。赵东认为这种误差存在很正常,“每年的天气状况都不相同,所以需要多年的数据积累。”而气象仪的质量是也是造成数据差异的原因之一 。在中广核敦煌特许权 项目运维记录中,气象仪(型号WAMS620-SP)频繁出现问题,如气象数据不稳定,数据很少会传输监控后台,气象仪数据不准等。根据赵东的经验,气象仪的质量是一方面,即使好的气象仪,其中每块辐射表还需要在当地
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