學(xué)校建筑屋頂分布式光伏發(fā)電項目工程太陽能資源資料

學(xué)校建筑屋頂分布式光伏發(fā)電項目工程太陽能資源資料1.1中國能源現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢在經(jīng)濟快速增長的拉動下，我國能源的生產(chǎn)和消費高幅度增長，2006年能源生產(chǎn)總量21.11億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增加1.52億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增長7.4%；2007年能源生產(chǎn)總量23.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，與2006年相比增加了1.59億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增長7.2%，中國已經(jīng)成為世界第二大能源消費國和第三大能源生產(chǎn)國。由于我國人口眾多，而我國的能源卻相對貧乏，人均資源占有量不足世界人均值的1/2；按照這樣的能耗，我國將在全球率先面臨化石能源枯竭的挑戰(zhàn)。為了緩解能源緊缺現(xiàn)狀，發(fā)展可再生能源越來越緊迫。中國可再生能源發(fā)展的總目標(biāo)是：提高轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本，逐步以市場為導(dǎo)向，大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，并使多數(shù)可再生能源技術(shù)接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平，部分實現(xiàn)商品化大規(guī)模應(yīng)用，增大可再生能源在國家能源結(jié)構(gòu)中所占比例。截止2013年，中國太陽能光伏發(fā)電總裝機容量超過20GW。1.2中國的環(huán)境現(xiàn)況和發(fā)展趨勢大規(guī)模、無節(jié)制的開發(fā)利用化石能源不僅加速了資源的枯竭，而且造成日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。我國目前的能源將近70%由煤炭供給，這種過度依賴化石燃料的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)構(gòu)成了很大的環(huán)境、經(jīng)濟和社會負(fù)面影響。大量燃燒煤炭所產(chǎn)生的不良后果；包括空氣污染對居民健康的危害，酸雨對農(nóng)作物和自然環(huán)境的破壞，以及二氧化碳排放對氣候變化；已經(jīng)越來越引起全社會的關(guān)注。我國電力約90%的燃料來自煤炭，2008年發(fā)電用煤量達(dá)到10.4億噸。2008年新投產(chǎn)火電機組達(dá)2000萬KW，增加煤炭需求6000萬噸。煤炭的大量開采和發(fā)電，對我國的環(huán)境已經(jīng)造成了極大的破壞。截至2008年火電廢水排放量40.3億噸，火電CO2排放量占全國總量的25%。SO2排放量為1654萬噸。初步估算煤炭發(fā)電造成的污染的經(jīng)濟損失以及由此產(chǎn)生的環(huán)境污染治理成本高達(dá)1606億元。大力發(fā)展可再生能源保證我國能源供應(yīng)安全和可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。1.3開發(fā)利用可再生能源是必由之路我國探明的煤炭資源將在81年內(nèi)采光，石油資源將在15年左右枯竭，天然氣資源也將在30年用盡，因此必須加速開發(fā)新能源和可再生能源取代日益減少的化石能源，2001年以后，電力需求以每年超過20%的速度增長，2003年全國出我現(xiàn)電力供應(yīng)嚴(yán)重不足的現(xiàn)象，2004年缺電形勢更加嚴(yán)峻。根據(jù)中國電力科學(xué)院預(yù)測，我國電力供應(yīng)缺口2010年約為37GW，2020年預(yù)計為102GW。按照目前的經(jīng)濟發(fā)展趨勢和中國的資源情況，我國電力供應(yīng)單靠傳統(tǒng)的煤炭、水、核是不夠的，存在的缺口只能由可再生能源填補。因此可再生能源發(fā)電到2010年必須達(dá)到6%左右，到2020年達(dá)到11%左右。年煤水核總計缺口201040013511.5584.5372020592220369501022010和2020年中國發(fā)電裝機預(yù)測（GW）到本世紀(jì)中期，電力需求的25%要靠可再生能源提供。2010、2020和2050年中國總電力發(fā)展需求預(yù)測如下：年裝機容量（億KW）發(fā)電量（億度）20023.571654220105.852710020209.544000205021927002010、2020和2050年中國總電力發(fā)展需求預(yù)測1.4光伏發(fā)電的重要性和發(fā)展預(yù)測1.4.1

太陽能將成為未來世界的主要能源從十七世紀(jì)至今，全球人口從5億增長到60億，翻了12番；人類的能源消耗也從每年1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增長到150億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，翻了150番。世界能源委員會預(yù)測，按照資源探明儲量和這樣的發(fā)展速度，石油將在43年之后枯竭，天然氣將在66年用盡，煤炭也只夠169年開采。而地球表面所接受的太陽能約為1.074×1014GWH/年，是全球能量需求的35000倍，取之不盡用之不竭。世界能源構(gòu)成的發(fā)展趨勢。能源構(gòu)成的發(fā)展趨勢1.4.2

我國太陽能資源和光電發(fā)展?jié)摿ξ覈鴮儆谑澜缟咸柲苜Y源豐富的國家之一，全年輻射量在91.7～2333KWh/m2·年之間。全國總面積2/3以上地區(qū)年日照時數(shù)大于2000小時。中國年太陽能分布圖如下。中國年太陽能分布圖按接受太陽總輻射量的多少，全國大致上可分為五類地區(qū)：（1）一類地區(qū)全年日照時數(shù)為3200～3300小時，輻射量在670～837x104kJ／cm2·a。相當(dāng)于225～285kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所發(fā)出的熱量。主要包括青藏高原、甘肅北部、寧夏北部和新疆南部等地。這是我國太陽能資源最豐富的地區(qū)，與印度和巴基斯坦北部的太陽能資源相當(dāng)。特別是西藏，地勢高，太陽光的透明度也好，太陽輻射總量最高值達(dá)921kJ／cm2·a，僅次于撒哈拉大沙漠，居世界第二位，其中拉薩是世界著名的陽光城。（2）二類地區(qū)全年日照時數(shù)為3000～3200小時，輻射量在586～670x104kJ／cm2·a，相當(dāng)于200～225kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所發(fā)出的熱量。主要包括河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。此區(qū)為我國太陽能資源較豐富區(qū)。（3）三類地區(qū)全年日照時數(shù)為2200～3000小時，輻射量在502～586x104kJ／cm2·a，相當(dāng)于170～200kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所發(fā)出的熱量。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、江蘇北部和安徽北部等地。（4）四類地區(qū)全年日照時數(shù)為1400～2200小時，輻射量在419～502x104kJ／cm2·a。相當(dāng)于140～170kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所發(fā)出的熱量。主要是長江中下游、福建、浙江和廣東的一部分地區(qū)，春夏多陰雨，秋冬季太陽能資源還可以。（5）五類地區(qū)全年日照時數(shù)約1000～1400小時，輻射量在335～419x104kJ／cm2·a。相當(dāng)于115～140kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所發(fā)出的熱量。主要包括四川、貴州、重慶等地。此區(qū)是中國太陽能資源最少的地區(qū)。一、二、三類地區(qū)，年日照時數(shù)大于2000h，輻射總量高于586kJ／cm2·a，是我國太陽能資源豐富或較豐富的地區(qū)，面積較大，約占全國總面積的2／3以上，具有利用太陽能的良好條件。四、五類地區(qū)雖然太陽能資源條件較差，但仍有一定的利用價值。我國西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古高原的總輻射量和日照時數(shù)均為全國最高，屬于太陽能資源豐富地區(qū)之一。我國輻射年總量分布由圖表可以看出年總輻射的1625kWh/m2這條等直線，自大興安嶺西麓向西南，穿黃河沿青藏高原東側(cè)到西藏東南，將全國分為東西兩大部分，西部在1625kWh/m2以上，東部在其以下。西部遠(yuǎn)離海洋，受海洋潮濕氣流影響很弱，全年氣候干燥，中低云量較少，所以總輻射較大；東部以內(nèi)蒙東部和華北較大，在1625～1611kWh/m2·年之間，長江中下游與東北的總輻射量相當(dāng)，約在1611～1153kWh/m2·年；廣東沿海和臺灣、海南沿海總輻射量都較大，在1611kWh/m2·年以上；在臺灣和海南的西部可達(dá)到1625kWh/m2·a以上，是東部總輻射量大區(qū)之一。在東部川黔地區(qū)為低值中心，這一中心于世界上太陽能隨緯度的分布規(guī)則相反，一般隨緯度增高總輻射在減少。但這一地區(qū)出現(xiàn)在川黔中心，使總輻射隨著緯度在增加。這種南低北高的現(xiàn)象是因為該地區(qū)處于青藏高原的東麓背風(fēng)坡，是南北兩股氣流擾流交匯的地方，天氣系統(tǒng)互動頻繁，云量較多，影響直接輻射。1.4.3

技術(shù)發(fā)展的主流方向分布式是未來太陽能技術(shù)和建筑技術(shù)發(fā)展的主流方向，太陽能分布式是將太陽能發(fā)電利用與建筑有機結(jié)合，利用太陽能發(fā)電組件替代建筑物的某些材料，既消除了太陽能對建筑物形象的影響，又避免了重復(fù)投資，降低了成本。太陽能分布式是未來太陽能技術(shù)和建筑技術(shù)發(fā)展的主流方向。把太陽能的利用納入環(huán)境的總體設(shè)計，把建筑、技術(shù)和美學(xué)融為一體，太陽能設(shè)施成為建筑的一部分，相互間有機結(jié)合，取代了傳統(tǒng)太陽能的結(jié)構(gòu)所造成的對建筑的外觀形象的影響。利用太陽能設(shè)施完全取代或部分取代傳統(tǒng)的玻璃幕墻，既可減少成本，又可提高附加經(jīng)濟效益。分布式建設(shè)，就近就地分散發(fā)電、供電，進(jìn)入和退出電網(wǎng)靈活，既有利于增強電力系統(tǒng)抵御戰(zhàn)爭和災(zāi)害的能力，又有利于改善電力系統(tǒng)的負(fù)荷平衡，降低線路損耗，還可起調(diào)峰作用。隨著太陽能光伏利用與太陽能分布式不斷完善，采用太陽能分布式設(shè)計的太陽能建筑將來必定成為我國乃至世界今后幾年里建筑業(yè)發(fā)展的主流方向，并從一些試點工程迅速向全國進(jìn)行普及，太陽能分布式的大規(guī)模出現(xiàn)已經(jīng)成為一種時代的必然。我國光電一體化建筑在正常發(fā)展和生態(tài)驅(qū)動發(fā)展兩種模式下發(fā)展，2010年左右其顯著的經(jīng)濟和社會效益將會逐漸顯現(xiàn)出來，屆時太陽能利用量占社會總能耗的比例將不斷的提高，CO2及氮氫化合物的排放將大幅減少。1.4.4

清潔能源的推動及示范效應(yīng)本項目在某師范大學(xué)屋頂安裝太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)既能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，也將提高校園整體節(jié)能環(huán)保形象，以及對太陽能發(fā)電起到很好的推動和示范效應(yīng)。1.5南昌市太陽能資源1.5.1南昌市自然條件1.5.1.1地理位置南昌市位于某省中部偏西，連接我國東西部地區(qū)的重要走廊，也是珠江三角洲、長江三角洲和閩東南三角地區(qū)扇形經(jīng)濟圈的交點，東部、南部沿海經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)向中西部地區(qū)梯度轉(zhuǎn)移的跳板和必經(jīng)之地。地處北緯27°33’～28°05’，東經(jīng)114°29’～115°24’。全境東西最長處101.9公里，南北最寬處65公里，東距省會南昌市150公里，東臨樟樹市、新干縣，西接宜春市袁州區(qū)，南連吉安市青原區(qū)、安?？h、峽江縣，北毗上高縣、高安市。南昌交通區(qū)位優(yōu)勢明顯，國內(nèi)鐵路大動脈滬昆線貫穿全境，滬瑞、贛粵、武吉三條高速公路穿境而過，在南昌境內(nèi)連成“工”字型，使南昌成為全國680多個城市中少有的高密度高速公路通過的城市。橫貫東西的浙贛鐵路經(jīng)過電氣化改造后，列車時速達(dá)200公里。便捷的交通，構(gòu)建了南昌與“長珠閩”對接的5小時經(jīng)濟圈。1.5.1.2地質(zhì)地貌南昌市處于九嶺、武功山、峰頂山交接地帶，地跨揚子準(zhǔn)地臺、華南褶皺系兩大構(gòu)造單元，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。南部褶皺基底由元古界變質(zhì)巖系組成，局部有多期花崗巖、基性巖、超基性巖漿侵入，構(gòu)造線方向呈北北東、北東和北東東，構(gòu)造的干擾作用十分強烈。境內(nèi)多數(shù)山地，是由變質(zhì)巖系、花崗巖、石灰?guī)r、砂質(zhì)巖組成。北面蒙山由花崗巖組成，山峭谷深。西北邊境山地為石灰?guī)r，由北向西呈現(xiàn)鵠山、人和、歐里、界水等鄉(xiāng)鎮(zhèn)一帶的山巒，南面的高丘陵區(qū)，如九龍山、良山和百丈峰，均為變質(zhì)巖組成。中部是新生代紅土層，以紅壤、砂質(zhì)巖為主，因沖刷、流失的長期作用，形成地勢起伏較平緩的低丘陵，河谷寬展，發(fā)育著小范圍的沖積平原。南昌市地貌，根據(jù)某省地貌圖劃分，隸屬于贛西中低山與丘陵區(qū)（大區(qū)）之“萍鄉(xiāng)-高安侵蝕剝蝕丘陵盆地（亞區(qū)）和贛撫中游河谷階地與丘陵區(qū)”（大區(qū)）中段，南北高，中間低平，袁河橫貫其間，東部敞開。地貌基本形態(tài)有低山、高丘陵、低丘陵、崗地、階地、平原6種類型。地貌成因類型有侵蝕構(gòu)造地形、侵蝕剝蝕地形、溶蝕侵蝕地形和堆積地形。1.5.1.3氣候全市總面積3178平方公里（占全省總面積的1.9%）,其中渝水區(qū)面積1785.92平方公里,分宜縣面積1391.76平方公里。南昌市屬亞熱帶濕潤性氣候，具有四季分明、氣候溫和、日照充足、雨量充沛、無霜期長、嚴(yán)冬較短的特征。3月下旬初至5月下旬中為春季，氣溫回升，雨水增加，冷暖多變，常有低溫陰雨天氣。5月下旬中至9月下旬中為夏季，初夏（5月下旬中至6月底）溫度適宜，雨水充沛；盛夏（7～8月）天氣炎熱，常有干旱。9月下旬中至11月下旬初為秋季，晴天多雨天少，有干旱，9月下旬多秋寒（寒露風(fēng)）。11月下旬初至3月下旬初為冬季，嚴(yán)冬多霜雪，凍害常發(fā)生。氣候溫和，年平均氣溫17.7℃，年平均地溫值20.1℃，年平均相對濕度80％。年平均降雨量1594.8毫米，第二季度占46％，年平均蒸發(fā)量1497.8毫米。歷年平均日照時數(shù)為1655.4小時，年平均日照百分率為38％。1986～2003年平均總輻射量為4279.02兆焦耳/平方米。1.5.2南昌市太陽能資源分析某省氣象資源十分豐富，科學(xué)的開發(fā)利用太陽能、風(fēng)能等可再生氣象資源，不僅環(huán)保，而且對經(jīng)濟、社會的發(fā)展都有促進(jìn)作用。目前，因為電煤等資源緊缺，某省正面臨用電難題，而太陽能作為一種最干凈最環(huán)保的可再生發(fā)電資源，正在全省受到推崇。某省太陽能資源分布見圖表。某省太陽能資源分布圖某省太陽能資源較豐富，開發(fā)潛力巨大。某地區(qū)全年日照時數(shù)為1400~2200h。年累計太陽輻照量達(dá)到4190~5016MJ/m2，相當(dāng)于140~170kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所發(fā)出的熱量。1.5.1.1南昌市太陽能資源南昌位于某中部，位于北緯28°33’～30°05’，東經(jīng)114°29’～115°24’,屬亞熱帶濕潤性氣候，具有四季分明、氣候溫和、日照充足、雨量充沛、無霜期長、嚴(yán)冬較短的特征。南昌氣象局提供的各月氣象資料。年\月1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年199660101.168.771.298.3131.9194.5186.7216178.791.3157.91558.3199784.164.981.383.9165.3143.1149.6153115.1145.211733.41335.9199816.274.738.6147.814165.8236.5279.1216207.5166.5127.41717.1199986.6115.958114.6146.2118.7164.3166.3221.4105160.2224.41681.6200074.525.97687.9199.8194.7306196.1168.891.5117.195.11633.4200171.467.2120.8101.1169.3150.4297.1173.6257.6187.8176.296.11868.62002119.574.497.6145.9140189.5207.4206.2160.5178110.150.916802003139.568.4120.1138136.6187.4331.7229.5208.1180.3157.6194.32091.5200444.6125.5104.6158.5171.4134.7251.2196.7190.6231.2151.3145.31907.6200528.338.680170.3100.7178.7277.9200181144.176.3118.41594.320067126.580.2157141.6167.7243.7283166.8106.5106.7131.9684.6南昌地區(qū)個月日照時數(shù)年\月123456789101112總值平均值244.4177.2281.5371.9449.7445.5614526.8465361.7261.3220.34420.21999191.4276.8211.7318.8450.9391.5451.4439.9524.3331.3290.8331.74215.42000667.4150.3266.5303.2529.6486.9678.7513.9450.3281.2244.7210.247832001184.8195.7333.1325.2453.6439.6677.9454.5581.9389.9283.4173.84494.42002230.8218.4270.2325.2371.1478.5571.4514.2428.7361.6271.5135.94180.42003256191.7301.1358.0457.8437.7726.5589.7491.4378.2263.8281.74735.52004178.726.5280.4441.4463.49434.0603.2509.5421.1425.7261.22144260.2200589.4131.2287.1429.3355.5448579.6513.4466.5369.9191.0231.94091.92006195.8131.3291.1431.9428.3454.5570.5667.6454.3327.8223.8246.84423.42007205.2271.8300.6413.4536.1437.7664.3538.3364.5388.4320.4156.4596.82008130.9280.7314.6348.6508.27417.5631.4513.3454.4357.6261.0273.44491.7南昌地區(qū)個月日照時數(shù)我們得到1999-2008年南昌地區(qū)的每個月的平均水平面輻射總量及平均溫度：單位\月份123456kWh/m267.8949.2278.48103.31124.92123.75MJ/m2244.39177.19281.53371.92449.71445.49氣溫℃6.619.2011.3418.5723.1326.36單位\月份789101112kWh/m2170.54146.33129.17100.4671.5861.20MJ/m2613.95526.78464.99361.65261.27220.34氣溫℃29.5628.4825.3420.4414.168.59總輻射量1,227.84kWh/m2年均氣溫18.56℃4,420.21MJ/m2某省南昌地區(qū)近10年氣象及水平總輻射(平均值)1.5.3最佳傾斜角計算由于氣象站提供的輻射數(shù)據(jù)中沒有太陽能直接及散射輻射量，因次選擇地理位置最近的氣象站武漢站的1993-2000年太陽輻射數(shù)據(jù)分析，見圖表臺站月總輻射散射輻射水平面直接輻射散射量比例直射量比例574941201421259961.55%752837.37%574942222071417163.81%803636.19%574943283401837064.82%997035.18%574944372022291361.59%1428938.41%574945440402589658.80%1818141.28%574946460102661057.84%1940041.16%574947536792527747.09%2847553.05%574948523902602449.67%2646450.51%574949399482109551.81%1886547.22%5749410317121652351.10%1518947.90%5749411251641310551.08%1205947.92%5749412218521170653.57%1013546.38%合計42268623428955.43%18859144.62%注:輻射量單位為0.01MJ/m2南昌地區(qū)總輻射量、散射量及直接輻射量統(tǒng)計數(shù)據(jù)根據(jù)上表，此地區(qū)散射輻射量占總比重的55.43%，據(jù)此，推算出南昌市的散射即直接輻射數(shù)據(jù)見圖表月水平面總輻射量地面直接輻射量地面散射輻射量1244.3991.34153.052177.1964.12113.073281.5399.39183.134371.92141.85229.075449.71185.66264.066445.49187.84257.657613.95325.68288.278526.78266.10260.699464.99219.59245.4110361.65173.22188.4311261.27125.21136.0712220.34101.19118.14總值4420.211983.182437.03南昌地區(qū)直接、散射輻射推算統(tǒng)計表從上表中得知1999-2008年太陽能地面水平平均總輻射量為4420.21MJ/m2，推算地面平均直接輻射量為1983.18MJ/m2，推算地面平均散射輻射量為2437.03MJ/m2。對于某一固定傾角安裝的光伏陣列，其傾斜面所接受的太陽總輻射量與傾角有關(guān)，較簡便的傾角輻射量計算經(jīng)驗公式為：Rβ＝S×[sin(α+β)/sinα]+D式中：Rβ—傾斜光伏陣列面上的太陽能總輻射量；S—地面太陽直接輻射量；D—地面散射輻射量；α—中午時分的太陽高度角；β—光伏陣列傾角。根據(jù)表3-6的太陽能輻射數(shù)據(jù)，結(jié)合上述公式計算南昌市市不同傾斜面的太陽輻射量，具體數(shù)據(jù)見圖表：月\傾角22232425262728293031321277.06278.14279.18280.19281.16281.08281.97283.82284.63285.40286.132193.31193.78194.22194.64195.03195.40195.74196.06196.35196.62196.863296.78297.04297.26297.45297.61297.73297.82297