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全国太阳能资源分布及光伏综合效率分析

给大家絮叨絮叨初中地理知识:中国的疆界,南从北纬4°附近南沙群岛的曾母暗沙以南起,北到北纬53°31…

给大家絮叨絮叨初中地理知识:中国的疆界,南从北纬4°附近南沙群岛的曾母暗沙以南起,北到北纬53°31’黑龙江省漠河以北的黑龙江心,西自东经73°40’附近的帕米尔高原起,东到东经135°05’的黑龙江和乌苏里江的汇流处,土地辽阔,幅员广大。

中国的国土面积,从南到北,自西至东,距离都在5000km以上,总面积达960万平方公里,为世界陆地总面积的7%,居世界第3位。在中国广阔富饶的土地上,有着十分丰富的太阳能资源。

2030年碳达峰2060碳中和,就是在2030年前中国国民生产生活产生出来的碳总量达到最高值,2030年以后一路向下,一直到2060年全社会产生的碳和中国大地能吸收的碳刚好相等,达到碳中和。所谓碳就是生产生活产生的二氧化碳等碳基排放物,以二氧化碳为主,国际通用计量也主要以碳原子总量为主。

当然也有新闻说有新技术可使二氧化碳变成可食用的淀粉。技术路径或许很成功,但实现过程的能耗和代价与二氧化碳减少量、淀粉合成量相比,可能得不偿失。未大面积推广期,尚且遵循主流能量循环及价值认同。人类世界誓要消灭碳的!

我国是世界工厂,电力消耗超出第二名四五倍,很长一段时间电力来源70%以上是火力发电,即烧煤发电,虽然现在看到的火电烟囱有超临界燃烧技术加持,不似过去那种黑烟咕咚,跟水蒸气一样白美,但那依然是在烧炭,在为碳总量增长做贡献。所以,发展光伏、风能、潮汐能、地热能发电等新能源成为国家进行电力改革的重大举措,风能主要集中在沿海、广袤平原等70米上风速较好地区,差距极为悬殊,而且事故率高。而太阳能发电得天独厚,从产业侧来看,现在的中国光伏翻身农奴把歌唱,技术引领前沿,性价比打遍世界无敌手,而且产能巨大;从资源侧来看,刚给大家普及过地理知识,太阳能资源可以说极为丰富。那我们就来分析一下全国各地太阳能分布,以及和需求侧分布不尽相同造成的投资收益变化。

第一,全国各地太阳年辐射总量为3340-8400MJ/m2,中值为5852MJ/ m2。从中国太阳年辐射总量的分布来看,西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部、山西北部、陕西北部、辽宁、河北东南部、山东东南部、河南东南部、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。

尤其是青藏高原地区最大,这里平均海拔高度在4000m以上,大气层薄而清洁,透明度好,纬度低,日照时间长。例如人们称为“日光城”的拉萨市,1961-1970年的平均值,年平均日照时间为3005.7h,相当于每天8.2h,相对日照为68%,年平均晴天为108.5d、阴天为98.8d,年平均云量为4.8,年太阳总辐射量为8160MJ/m2,相当于6.21kWh/㎡*d,比全国其他省区和同纬度的地区都高。

全国以四川和贵州两省及重庆市的太阳年辐射总量最小,尤其是四川盆地,那里雨多、雾多、晴天较少。例如素有”雾都”之称的重庆市,年平均日照时数仅为1152.2h,相对日照为26%,年平均晴天为24.7d、阴天达244.6d,年平均云量高达8.4。其他地区的太阳年辐射总量居中。

中国太阳能资源分布的主要特点有:

①太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°~35°。这一带,青藏高原是高值中心,四川盆地是低值中心;

②太阳年辐射总量,西部地区高于东部地区,而且除西藏和新疆两个自治区外,基本上是南部低于北部;

③由于南方多数地区云多雨多,在北纬30°~40°。地区,太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反,太阳能不是随着纬度的增加而减少,而是随着纬度的升高而增长。

为了按照各地不同条件更好地利用太阳能,20世纪80年代中国的科研人员根据各地接受太阳总辐射量的多少,将全国划分为如下5类地区。

(1)一类地区

全年日照时数为3200~3300h。在每平方米面积上一年内接受的太阳辐射总量为6680~8400MJ,相当于225~285kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东南部、青海西部和西藏西部等地。是中国太阳能资源最丰富的地区,与印度和巴基斯坦北部的太阳能资源相当。尤以西藏西部的太阳能资源最为丰富,全年日照时数达2900~3400h,年辐射总量高达7000~8000MJ/m2,仅次于撒哈拉大沙漠,居世界第2位。

西藏太阳能·最为丰富,但本地消纳能力弱,部分地域地质处于冻土区,稳定性和建设成本相对较高,适合建设集中式的大型光伏电站,利用特高压等大功率、远距离、高效率的输送给东南沿海地区消纳较为划算。
青海太阳能资源次之,此图中数值为每千平方米每天的辐射量
新疆太阳能资源东南线最好,尤其阿里地区,而且新疆南疆阴雨天特别少,可利用小时数很长,但新疆的燃煤基准价很低,也存在本地消纳不完,需要远距离外送的问题。
甘肃西北地区即河西走廊一带,多荒漠戈壁滩,干旱少雨,特别适合发展大型集中式光伏,国家实施“东数西算”,甘肃就是几个算力中心之一,因为环境常年中低温,算力中心这种耗能大户散热耗能就降低很对(温差大),同时光伏发电又能实现本地消纳,又发展了落后的经济,一举多得。

(2)二类地区

全年日照时数为3000~3200h。在每平方米面积上一年内接受的太阳能辐射总量为5852~6680MJ,相当于200~225kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。为中国太阳能资源较丰富区。相当于印度尼西亚的雅加达一带。

内蒙古也是将来国家算力节点之一。
图中等值线数值单位为kWh/㎡*a
图中等值线数值单位为kWh/㎡*a
图中等值线数值单位为kWh/㎡*a

(3)三类地区

全年日照时数为2200~3000h。在每平方米面积上一年接受的太阳辐射总量为5016~5852MJ,相当于170~200kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括山东东南部、河南东南部、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部、天津、北京和台湾西南部等地。为中国太阳能资源的中等类型区。相当于美国的华盛顿地区。

吉林太阳能资源分布
云南省太阳能分布
广东省太阳能分布
台湾省太阳能分布也还行

可以看出全国大部分省份太阳能资源都分布在这一区域。

(4)四类地区

全年日照时数为1400~2200h。在每平方米面积上一年内接受的太阳辐射总量为4190~5016MJ,相当于140~170kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。是中国太阳能资源较差地区。相当于意大利的米兰地区。

黑龙江省太阳能资源分布图
安徽省太阳能分布

(5)五类地区

全年日照时数为1000~1400h。在每平方米面积上一年内接受的太阳辐射总量为3344~4190MJ相当于115~140kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括四川、贵州、重庆等地。此区是中国太阳能资源最少的地区。相当于欧洲的大部分地区。

贵州省太阳能分布

一、二、三类地区,年日照时数大于2200h,太阳年辐射总量高于5016MJ/m2,是中国太阳能资源丰富或较丰富的地区,面积较大,约占全国总面积的2/3以上,具有利用太阳能的良好条件,尤其是本地耗能多的地方,太阳能完全可以实现本地消纳,综合效益最好,如山东、陕西、浙江、江苏、广东等地。四、五类地区,虽然太阳能资源条件较差,但是也有一定的利用价值,其中有的地方是有可能开发利用的。

再说说中国引领世界的特高压输电效率问题,现在主打的正负800kv特高压直流输电系统,线损已经降到了5%以下。给大家举几条特高压直流输电工程的价格:

根据4月12日,国家发改委发布的《国家发展改革委关于核定宁绍、酒湖、锡泰特高压直流工程输电价格的通知》显示:

宁绍(宁东-绍兴,1720公里)特高压直流输电价格为每千瓦时4.88分(含税,含输电环节线损,线损率4.26%);

酒湖(酒泉-湖南,2383公里)特高压直流输电价格为每千瓦时6.37分(含税,含输电环节线损,线损率4.14%);

锡泰(锡盟-泰州,1620公里)特高压直流输电价格为每千瓦时4.83分(含税,含输电环节线损,线损率3.32%);

拿太阳能资源比较好的甘肃酒泉一带来说,平均每日日照时长13小时,就按50%(根据系统损耗,光伏板是否追日,有待确定)的效率换算峰值功率等效小时数为6.5h,假设安装100kw的光伏版在角度、线路状态都正常的情况下,每日可发电为100kw×6.5=650kwh即650度,而甘肃燃煤基准价0.3078元/kwh,光伏等新能源上网电价各地采取平价上网测率,市场化竞争,江苏可以溢价6分,但甘肃基本保持原价即0.3078元,即100kw每年在甘肃酒泉发电然后送往江苏江阴(2139公里,每千瓦时5.72分)可得收益左右可以获取收益650×365×(0.3078-0.0572)=59454.85元,而在江苏江阴(年利用小时数1460h,燃煤基准价0.391)本地100kw光伏电站一年收益 100×1460×(0.391+0.06)=65846元,比甘肃远距离送电多出6000多元。

可以看出,光伏发电本地消纳收益能最大化,本地消纳不了的太阳能光伏发电输送也要选择就近的消纳大省为好。

总之,从世界范围来看,中国是太阳能资源相当丰富的国家,具有发展太阳能利用事业得天独厚的优越条件,这对于我们实现碳达峰碳中和大有裨益。

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