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能源是人类赖以生存和发展的物质基础之一。长期以来人类对化石能源的开发利用模式使化石能源迅速耗尽,并且由此引起的环境恶化、全球变暖效应使人类面临严峻的考验。减碳和寻找新能源已经成为各国共识。太阳能因其清洁环保、永不衰竭的特点,已成为目前发展速度最快的能源之一,并被认为是最具有潜力、未来最有可能代替化石能源的新能源。中国是世界上最大的发展中国家,也是能源消耗大国,中国的迅速发展需要大量的能源,中国的发展也带来严重的环境污染和巨大的碳减排任务。中国拥有广大的荒漠地区,这些地区拥有强烈的辐射、高温、面积广阔而可利用价值低的土地,为中国发展太阳能提供了良好的条件。
光伏发电产业发展迅猛,世界各地越来越多的光伏电站正在建设和筹划。除光伏发电技术本身外,荒漠光伏电站位置的合理选择对光能的产出也显得尤为重要。荒漠光伏电站选址不合理会直接造成电站发电量损失和维修费用增加,整体效益和运行寿命降低,还可能对周围环境造成不良影响。因此荒漠光伏电站的选址已成为荒漠光伏发电长远和科学发展亟待解决的一个重要课题。本研究通过综合国内外研究现状,提出了适合我国荒漠地区光伏电站选址的模型。该研究其主要内容包括以下几点:
1.介绍了国内外光伏发电历史及趋势、荒漠地区发展光伏发电的自然条件、以及分析了国内外光伏电站选址模型及方法并指出其对中国荒漠地区的不适用之处。并引出本文的研究目标及技术路线,通过结合层次分析法及GIS技术来推出荒漠光伏电站的选址模型并加以验证。
2.介绍了层次分析法的原理及在其在处理多因素决策时的方法,及GIS空间分析技术及其在处理空间多因素时的方法。
3.分析影响荒漠光伏电站选址的因素,总结荒漠光伏电站选址模型的因素,其宏观影响因素包括(1)气候因素:太阳总辐射、散射在总辐射中所占的比例、等量太阳时、气温;(2)自然地理条件:地理位置、土地类型、地形;(3)经济社会条件。微观影响因素包括温度、降尘及沙尘暴、风向、风速和阴影等。
4.荒漠光伏电站选址模型的定义。通过层次分析对荒漠光伏电站选址模型的各因进行比较,得出权重,得出模型的框架。
5.检验模型。以包括内蒙古中西部,甘肃中北部,青海大多数,宁夏,陕西北部等地区的区域为研究对象,根据模型的定义得出各因素的权重,并通过GIS空间分析技术代入权重,得出适合荒漠光伏电站建设的地区。其中由于国内降尘长期观测数据缺乏,本文通过分析沙尘暴、扬沙、浮尘等沙尘天气与降尘量的关系,拟合出西北地区沙尘天气与降尘量的关系,并以此推导出西北地区降尘量的分布情况。
通过对该研究区的模型结果分析,该区的适宜光伏选址的最优地区可以分成三大区:第一大区是分布于青海省的柴达木盆地地区。这里有着非常优越的光伏发电所需的条件,这地区因为海拔高,空气稀薄,太阳辐射很高,由于海拔高,其气温比较低,而且分布着大量的盐碱、戈壁、沙地。第二大区是位于甘肃省最西端及新疆最东端,包括敦煌、玉门、哈密等地区。这些地区,由于气候干燥,空气中水汽少,太阳辐射强,且分布着我国最大的戈壁,同时也是我国的交通要塞地区。第三区是内蒙古中部阴山北部戈壁草原地区,这里太阳拥有较高的太阳辐射且距东部大城市较近。
该结果与野外考察及资料文档等实际情况基本一致,并对目前电站建设选址出现的一问题加以解释。可以说明该模型是比较适合我国荒漠地区光伏电站选址的。并指出了模型存在的问题及展望。