何如　周紹毅　蘇志　李艷蘭

摘 要：該文利用廣西輻射觀測(cè)站的太陽輻射資料和國(guó)家氣象站的日照資料，計(jì)算分析了廣西各地的太陽總輻射量及其時(shí)空分布特征，估算了廣西太陽能資源總儲(chǔ)量，并依據(jù)廣西各地太陽能資源豐富程度，提出了開發(fā)利用的對(duì)策建議。結(jié)果表明，廣西各地年太陽總輻射為3 682.2～5 642.8MJ·m-2，空間分布呈現(xiàn)南部多、北部少，盆地平原多、丘陵山區(qū)少的特點(diǎn)；各地的太陽總輻射集中在夏季最高，年太陽總輻射呈減少趨勢(shì)，其中以20世紀(jì)60年代最大，進(jìn)入21世紀(jì)初期達(dá)到次大值；廣西的太陽能總儲(chǔ)量為1.03×1015MJ，其中資源最豐富的區(qū)域主要位于22.5°N以南的地區(qū)，是廣西太陽能利用的最佳區(qū)域。

關(guān)鍵詞：太陽總輻射；時(shí)空分布；太陽能總儲(chǔ)量；廣西

中圖分類號(hào) P422.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）24-34-03

Abstract：Base on the observational global solar radiation and sunshine data from solar radiation stations and weather stations in Guangxi， monthly and annual global solar radiation of every stations in Guangxi was calculated. The characteristics of solar energy resource spatical-temporal distributions were analyzed. The solar energy reserves were estimated. The utilization of solar energy resources were suggested according to the abundance respectively. The results showed that the annual global solar radiation of every stations in Guangxi was from 3 682.2MJ·m-2 to 5 642.8MJ·m-2. The distribution of the global solar radiation was more abundant in the south than in the north， and more abundant in the plains than in the hill and mountain areas. The maximum global solar radiation was concentrated in summer. The average annual global solar radiation decreased， which was the strongest in 1960s and secondary strongest in 2000s. The solar energy reserves of Guangxi were 1.03×1015MJ. The south of Guangxi （≤22. 5°N） was the rich resource region of the best utilization region in Guangxi.

Key words：Global solar radiation；Spatical-temporal chatacteristics；Solar energy reserves； Guangxi

太陽能是一種綠色無污染的清潔能源，隨著化石能源等一次性能源的供應(yīng)日趨緊張，太陽能的開發(fā)利用已成為可再生能源開發(fā)的熱點(diǎn)之一。廣西地區(qū)能源對(duì)外依存度達(dá)70%以上，煤炭、石油、天然氣等主要依賴區(qū)外供應(yīng)，已面臨著嚴(yán)峻的能源消費(fèi)制約和環(huán)境約束等問題。開發(fā)利用太陽能資源，可以有效改善廣西能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。為了切實(shí)掌握廣西太陽能資源的分布狀況，本研究依據(jù)《太陽能資源評(píng)估方法》（QX/T 89-2008）[1]，利用1961-2010年廣西太陽輻射資料和日照資料，計(jì)算分析廣西各地的太陽總輻射量及其時(shí)空分布特征，估算廣西太陽能資源總儲(chǔ)量，并且根據(jù)廣西各地太陽能資源豐富程度提出了開發(fā)利用的對(duì)策建議，為廣西太陽能資源的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)[2]。

1 資料與方法

1.1 資料 廣西共有90個(gè)國(guó)家地面氣象站，其中有太陽輻射觀測(cè)的有南寧、桂林、北海3個(gè)站。本文選用廣西3個(gè)輻射站自建站至2010年的太陽輻射資料，其中南寧、桂林為1961-2010年，北海站為1993-2010年；以及1961-2010年廣西90個(gè)氣象站的日照時(shí)數(shù)、日照百分率等資料。

1.2 方法 太陽總輻射氣候?qū)W計(jì)算公式為：

式中：n為年太陽總輻射分級(jí)總數(shù)；W為太陽能資源總儲(chǔ)量；[Pi]為第i分區(qū)的平均年太陽總輻射量；[Si]為第i分區(qū)的面積，其計(jì)算方法為：將各站點(diǎn)的年太陽總輻射量進(jìn)行網(wǎng)格化，然后計(jì)算第i分區(qū)網(wǎng)格數(shù)與總網(wǎng)格數(shù)的比值，該比值即為第i分區(qū)占廣西國(guó)土面積的比例，再乘以國(guó)土面積，得到第i分區(qū)的面積。

2 參數(shù)計(jì)算

根據(jù)南寧、桂林1961-2010年和北海1993-2010年歷年各月的太陽總輻射和日照百分率，采用最小二乘法計(jì)算得到3個(gè)輻射站各月的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a、b值（表1）?？梢姡?個(gè)輻射代表站各月平均相對(duì)誤差為：南寧6.9%，桂林9.4%，北海4.6%，除桂林1～4月、南寧2月相對(duì)誤差在10%～11%外，其余的都在10%以下?？傮w上看，代表站各月均在誤差允許范圍之內(nèi)，表明方程擬合精度較高。

對(duì)于無輻射觀測(cè)的其余站點(diǎn)，利用站點(diǎn)分區(qū)方法[3]，以桂林、南寧、北海3個(gè)輻射站為中心，將廣西其余各氣象站按相關(guān)系數(shù)最大法歸入相應(yīng)的4個(gè)輻射站片區(qū)。根據(jù)各站點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)分區(qū)結(jié)果，24°N以北有42個(gè)站歸入桂林，中南大部分地區(qū)的36個(gè)站歸入南寧，南部沿海地區(qū)有12個(gè)站歸入北海。根據(jù)分區(qū)結(jié)果選用相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a、b值與當(dāng)?shù)氐奶煳妮椛浣⒏髡军c(diǎn)的太陽總輻射方程，計(jì)算廣西全區(qū)各地的太陽總輻射值。

3 結(jié)果與分析

3.1 太陽總輻射空間特征分析 廣西年平均太陽總輻射為4 395.45MJ·m-2，全區(qū)各地年太陽總輻射為

3 682.2～5 642.8MJ·m-2。廣西各地年太陽總輻射空間分布特征為：南部多、北部少，盆地平原較多、丘陵山區(qū)較少。22.5°N以南的地區(qū)包括梧州、玉林兩市南部，欽州、北海2市，右江河谷及寧明、橫縣在4 700MJ·m-2以上，其中北海、合浦、潿洲島及上思等地超過5 000MJ·m-2，最多的潿洲島為5 642.8MJ·m-2。24°N以北的地區(qū)桂林、河池兩市大部、柳州市北部在4 100MJ·m-2以下，其中桂北靠近湘、黔2省的邊緣各縣及金秀低于3 800MJ·m-2，最低的金秀為3 682.2MJ·m-2。廣西中部22.5°N～24°N大部分地區(qū)在4 100～4 700MJ·m-2（見圖1）。

3.2 太陽總輻射月際變化特征 由圖2可見，廣西太陽總輻射量從3月開始至7月呈現(xiàn)逐月上升趨勢(shì)，7月太陽總輻射達(dá)到全年的峰值，大部分地區(qū)為450～600MJ·m-2；從8月開始各地的太陽總輻射量逐月下降，2月份降至最低值，為太陽總輻射量最少的月份，大部地區(qū)為170～250MJ·m-2，各地月太陽總輻射的變幅一般在300MJ·m-2左右。從季節(jié)上看，太陽總輻射在夏季最高，秋季、春季次之，冬季最低。

3.3 太陽總輻射年際變化特征 由圖3可見，1961-2010年廣西太陽總輻射年際變化較明顯，廣西全區(qū)平均及南寧、桂林代表站均呈減少趨勢(shì)（趨勢(shì)系數(shù)均通過0.05顯著性檢驗(yàn)），全區(qū)平均每10a的減幅為43.84MJ·m-2，南寧、桂林每10a的減幅分別為37.93MJ·m-2和61.80MJ·m-2；1995-2010年北海代表站（該站1993年、1994年觀測(cè)不連續(xù)）的太陽總輻射呈增加趨勢(shì)（趨勢(shì)系數(shù)通過0.05顯著性檢驗(yàn)）。廣西全區(qū)和南寧、桂林代表站的大值期都出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，低值期全區(qū)和南寧出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代前后，桂林則出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，隨后逐漸升高，在21世紀(jì)00年代達(dá)到次大值。

4 太陽能利用對(duì)策建議

廣西總面積23.67萬km2，太陽能總儲(chǔ)量為1.03×1015MJ，具有較好開發(fā)價(jià)值的區(qū)域（≥4 100MJ·m-2）太陽能資源總儲(chǔ)量為7.0×1014MJ，太陽能資源具備一定的開發(fā)利用價(jià)值。

資源最豐富的區(qū)域（≥4 700MJ·m-2）主要位于廣西南部地區(qū)（22.5°N以南），包括廣西沿海的欽州、防城港、北海和南寧、崇左、梧州、玉林南部及右江河谷地區(qū)，是廣西太陽能利用的最佳區(qū)域。因此，建議充分利用這一帶的太陽能資源，在大、中城市及農(nóng)村加大利用熱水器的安裝；加快建設(shè)太陽能光伏發(fā)電站，試行太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝；加大光電的開發(fā)利用，建議城市、農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)增設(shè)太陽能路燈，把太陽能的利用深入到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面。

資源較豐富區(qū)域（4 100～4 700MJ·m-2）覆蓋了廣西中部（22.5°N～24°N），主要包括貴港、百色、崇左、南寧、來賓等市的大部地區(qū)，太陽能資源具有一定的開發(fā)利用空間。建議開展節(jié)能設(shè)施工程替代能源技術(shù)創(chuàng)新工程，積極發(fā)展太陽能與建筑一體化工程，努力打造零能耗房屋，普及太陽能熱水器等設(shè)備的使用。

資源一般的區(qū)域（≤4 100MJ·m-2）主要位于桂林、河池2市大部、柳州市北部（24°N以北），這一區(qū)域冬季氣溫較低，建議建立太陽能暖圈和陽光塑料大棚、溫室，有利于寒冷冬季開展畜牧養(yǎng)殖和農(nóng)作物生長(zhǎng)。

5 結(jié)論

（1）廣西年平均太陽總輻射為4 395.45MJ·m-2，各地為3 682.2～5 642.8MJ·m-2。廣西年太陽總輻射的空間分布呈南部多、北部少，盆地平原多、丘陵山區(qū)少的地點(diǎn)：梧州、玉林2市南部，欽州、北海2市，右江河谷及寧明、橫縣在4 700MJ·m-2以上，其中北海、合浦、潿洲島及上思等地超過5 000MJ·m-2；桂林、河池2市大部、柳州市北部在4 100MJ·m-2以下。

（2）廣西太陽總輻射夏季最高，秋季、春季次之，冬季最低，其中7月份最大，大部地區(qū)為450～600MJ·m-2，2月份最低，為170～250MJ·m-2；1961-2010年呈減少趨勢(shì)，全區(qū)平均每10a的減幅為43.84MJ·m-2，其中最大值集中出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，低值出現(xiàn)在20世紀(jì)80～90年代，進(jìn)入21世紀(jì)初期出現(xiàn)次大值。

（3）廣西太陽能總儲(chǔ)量為1.03×1015MJ，具有較好開發(fā)價(jià)值的區(qū)域（≥4 100MJ·m-2）總儲(chǔ)量為7.0×1014MJ。資源最豐富的區(qū)域（≥4 700MJ·m-2）主要位于22.5°N以南的地區(qū)，是廣西太陽能利用的最佳區(qū)域，建議太陽能的開發(fā)利用優(yōu)先考慮在該區(qū)域發(fā)展。

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（責(zé)編：張宏民）