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1、(10)申请公布号 CN 104240138 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104240138 A (21)申请号 201310235293.7 (22)申请日 2013.06.14 G06Q 50/06(2012.01) (71)申请人 中国科学院城市环境研究所 地址 361021 福建省厦门市集美大道 1977 号 (72)发明人 郭青海 孙艳伟 王润 (54) 发明名称 一种定量评价区域太阳能资源开发潜力的方 法 (57) 摘要 本发明综合应用地理信息系统 （GIS） 空间分 析技术和定量模型方法， 建立了一种可用来定量 评价区域太阳能资源开发潜力的流程方法。具体 。
2、评价过程包含四个基本步骤 ：（1） 模拟太阳能辐 射量空间分布 ；（2） 估算区域太阳能资源理论潜 力， 包括建成区屋顶光伏应用和非建成区大型并 网光伏电站应用两种类型 ；（3） 估算区域太阳能 资源技术潜力， 即考虑光伏发电转换效率等技术 因素， 每个地理单元的年均发电总量 ；（4）估算 区域太阳能资源经济潜力， 即考虑光伏发电成本 因素， 计算单位光伏发电成本， 并绘制成本供给曲 线， 最终依据光伏发电上网电价确定区域太阳能 资源经济潜力。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 。
3、说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104240138 A CN 104240138 A 1/1 页 2 1. 本发明综合应用地理信息系统 （GIS） 空间分析技术和定量模型方法， 建立了一种可 用来定量评价区域太阳能资源开发潜力的流程方法。 2. 具体评价过程包含四个基本步骤 ：（1） 模拟太阳能辐射量空间分布 ；（2） 估算区域 太阳能资源理论潜力， 包括建成区屋顶光伏应用和非建成区大型并网光伏电站应用两种类 型 ；（3） 估算区域太阳能资源技术潜力， 即考虑光伏发电转换效率等技术因素， 每个地理单 元的年均发电总量 ；（4） 估算区域太阳能资源经济潜力， 即考虑光伏发电成本因。
4、素， 计算单 位光伏发电成本， 并绘制成本供给曲线， 最终依据光伏发电上网电价确定区域太阳能资源 经济潜力。 权 利 要 求 书 CN 104240138 A 2 1/3 页 3 一种定量评价区域太阳能资源开发潜力的方法 技术领域 0001 本发明属于可再生能源评价技术领域。 具体的说是建立一种可用来定量评价区域 太阳能资源开发潜力的流程方法。 背景技术 0002 太阳能资源是一种环境友好、 储量巨大的可再生能源， 也是近几年一直保持快速 发展势头的绿色能源。 可再生能源设施的空间位置和装机容量因素对于可再生能源的开发 利用至关重要。定量评价太阳能资源潜力是制定能源规划的基础， 为区域太阳能资。
5、源的开 发利用提供基础数据和工程建设指导。在太阳能潜力评估研究方面， 尽管很多学者对不同 空间尺度上的太阳能资源潜力评价进行了大量研究， 但是在评价的方法和分析结果的质量 控制上还没有形成统一的标准， 致使不同研究结果缺乏可比性 ； 另外， 从全球、 国家等大尺 度上的相关评价研究相对较多， 而对于省级、 城市等中小尺度上的精细研究较少， 在一定程 度上影响了分析结果的实践指导意义。 发明内容 0003 针对以上问题， 本发明综合应用地理信息系统 （GIS） 空间分析技术和定量模型方 法， 建立了一种可用来定量评价区域太阳能资源开发潜力的流程方法。具体评价过程参见 图一， 包含四个基本步骤 ：。
6、（1） 模拟太阳能辐射量空间分布 ；（2） 估算区域太阳能资源理论 潜力， 包括建成区屋顶光伏应用和非建成区大型并网光伏电站应用两种类型 ；（3） 估算区 域太阳能资源技术潜力， 即考虑光伏发电转换效率等技术因素， 每个地理单元的年均发电 总量 ；（4） 估算区域太阳能资源经济潜力， 即考虑光伏发电成本因素， 计算单位光伏发电成 本， 并绘制成本供给曲线， 最终依据光伏发电上网电价确定区域太阳能资源经济潜力。 详细 评价过程如下 ： （1） 模拟太阳能辐射量空间分布 地球表面接收到的太阳辐射包括三个部分， 即直接辐射、 散射辐射和反射辐射， 三者的 总和称为太阳辐射总量。 通常， 直接辐射是辐。
7、射总量中最多的部分， 而散射辐射则排在第二 位， 反射辐射仅占辐射总量中很小的一部分。因此， 辐射总量一般计算为直接辐射和散射 辐射的总和。应用 ArcGIS9.3 软件中 Spatial Analyst 扩展模块中的太阳辐射分析工具 （Solar Radiation Graphics） ， 模拟区域太阳能辐射量的空间分布状况。太阳辐射分析工 具需要输入高程面栅格数据 （DEM） 和区域年平均大气透明度参数， 计算得到高空间分辨率 的太阳能辐射数据 ； （2） 估算区域太阳能资源理论潜力 从实际应用模式来看， 可以分为两种 ： 一种是在建成区以外， 主要考虑建设大规模并网 光伏电站 ； 另一种。
8、是针对建成区内， 主要考虑建设光伏屋顶电站。 将以上两种应用方式分开 讨论， 利用近期土地利用数据， 将土地利用类型归并为两类 ： 建成区和非建成区。应用 GIS 空间分析模块的 extract by mask 工具， 用两类土地利用矢量数据提取太阳能总辐射栅格 说 明 书 CN 104240138 A 3 2/3 页 4 数据， 获得区域内两类太阳能总辐射栅格数据。根据已有研究确定了九类太阳能资源开发 的地理限制区域 ： 水体、 湿地、 沼泽地、 自然保护区、 历史遗迹、 国家公园、 矿产、 基本农田和 坡度大于 4的区域。将上述不适宜区域予以剔除 ； 为评估建成区内太阳能光伏发电的潜力， 。
9、需要首先定量估算可用于安装光伏电站的屋 顶面积Wi， 每个地理网格i内可用的屋顶面积可用如下公式计算 ： （1） 式中，Bi为地理网格i内建成区总面积 ；d为地理网格i内屋顶面积占总面积的比例， 屋顶面积约为建成区总面积的 20%（国际上通常按 15% 30% 来计算） ； a 为光伏发电系统 的普及率， 设定为 30% ； 则地理网格i内光伏发电的理论潜力 （PiG） 可用如下公式计算 ： （2） 式中，Ri为地理网格i内的太阳能辐射总量 ； （3） 估算区域太阳能资源技术潜力 光伏发电系统的发电量主要受到三个因素的影响， 即当地的太阳能辐射量、 光伏系统 的装机规模和综合转化效率。每个地理。
10、网格 i 内光伏发电量 （Ei） 可用如下公式计算 ： （3） 式中， Pi 为地理网格 i 内光伏系统的装机容量 （kWp） ； Gi 为地理网格 i 内水平面的太 阳能辐射总量 （kWh/yr） ； T为光伏系统的总效率 ； 1000W/m2为太阳电池的标准光源测试条 件 ； （4） 估算区域太阳能资源经济潜力 光伏发电的总成本由三部分构成， 即初始投资、 运行维护成本和传输成本。 初始投资由 光伏发电系统成本和建设成本构成。传输成本只占总成本很小的比例， 故将其忽略。每个 地理网格 i 内光伏发电成本 （PCi） 可用如下公式计算 ： （4） （5） 式中， I 为光伏发电系统的初始投资。
11、， 它取决于系统装机规模 ； Ei 为地理网格i内的年 发电量 （kWh） ； r 为贴现率 （一般为 8%） ； N 为系统的总寿命 （25 年） ； CO&M 为运行和维护成本， 假设为总投资的 3% ； 贷款采用等额本息还款方式， L 为年还款额 ； 基于公式 （4） 和 （5） ， 可以计算得到每个地理网格上的发电成本 （元 /kWh） 。应用 GIS 的空间统计功能， 依次计算一定数值间隔的发电成本所对应的区域年总发电量， 并将最终 得到的若干数组按照发电成本由低到高的顺序进行排序， 以此数组做散点图， 最终得到了 区域太阳能的成本供给曲线 （GSC） 。 统计发电成本数列的众数作为该区域的代表性成本， 与 此值对应的累积发电量就是区域太阳能的经济潜力。 说 明 书 CN 104240138 A 4 3/3 页 5 附图说明 0004 图 1 是区域太阳能资源开发潜力评价流程图。 说 明 书 CN 104240138 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 104240138 A 6 。