資源量化評估是風(fēng)光發(fā)電基地大規(guī)模開發(fā)利用的基礎(chǔ)。國網(wǎng)能源院利用自主開發(fā)的全球風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)潛力和出力特性研究系統(tǒng)、基于三維GIS的風(fēng)光發(fā)電基地資源評估和展示系統(tǒng),組織進行了一系列研究,為開展風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)規(guī)劃和電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃提供參考。
要大規(guī)模開發(fā)利用風(fēng)光發(fā)電基地、構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng),就必須對基地資源作出科學(xué)準(zhǔn)確的量化評估。全球各大洲風(fēng)能和太陽能資源分布情況如何?是否具有更大的開發(fā)潛力?國網(wǎng)能源院自主開發(fā)的全球風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)潛力和出力特性研究系統(tǒng)、基于三維GIS的風(fēng)光發(fā)電基地資源評估和展示系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對全球主要風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)潛力和出力特性的評估。
全球風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)潛力和出力特性研究系統(tǒng)、基于三維GIS的風(fēng)光發(fā)電基地資源評估和展示系統(tǒng),由數(shù)據(jù)庫層、開發(fā)潛力評估、出力特性分析等三大層構(gòu)成。數(shù)據(jù)層歸集了全球風(fēng)能10×10公里、測風(fēng)高度70米、80米、100米的10年逐小時風(fēng)能資源數(shù)據(jù),以及太陽能4×4公里的10年平均太陽能輻射量數(shù)據(jù),包括風(fēng)速統(tǒng)計概率分布、平均風(fēng)功率密度、風(fēng)能、太陽總輻射量(GHI)、太陽法向直接輻射量(DNI)、平均日照時間、可利用小時數(shù)等指標(biāo)。
開發(fā)潛力評估應(yīng)用于全球各大洲主要風(fēng)光發(fā)電基地,評估各大基地的理論可開發(fā)量、技術(shù)可開發(fā)量和經(jīng)濟可開發(fā)量;出力特性分析同樣應(yīng)用于全球各大洲主要風(fēng)光發(fā)電基地,分析各大基地在不同年份的出力特性,包括年月出力分布特性、容量置信度、有效出力系數(shù)等。國網(wǎng)能源院利用這兩個系統(tǒng)開展研究,得出了一系列結(jié)論,為開展風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)規(guī)劃和電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃提供參考。
全球風(fēng)能和太陽能資源豐富
研究發(fā)現(xiàn),世界風(fēng)能資源理論蘊藏量約2000萬億千瓦時/年。受大氣環(huán)流、地形、海陸和水體等因素影響,全球風(fēng)能資源分布不均衡。非洲、亞洲、北美洲、南美洲、歐洲、大洋洲分別占全球風(fēng)能理論蘊藏量的32%、25%、20%、10%、8%、5%。亞洲風(fēng)電開發(fā)基地主要集中在中國“三北”地區(qū)、俄羅斯北部和中亞哈薩克斯坦等地區(qū);北美洲風(fēng)電開發(fā)基地主要集中在美國中部及東西部沿海地區(qū);南美洲風(fēng)電開發(fā)基地主要集中在巴西東南部高原地區(qū),以及阿根廷與智利南部地區(qū);歐洲風(fēng)電開發(fā)基地主要集中在北海及大西洋沿岸地區(qū);非洲風(fēng)電開發(fā)基地主要集中在蘇丹、索馬里、埃及等國家;大洋洲風(fēng)能資源開發(fā)基地主要集中在澳大利亞沿海及新西蘭環(huán)島沿岸地帶。
研究發(fā)現(xiàn),全球太陽能開發(fā)潛力巨大,年輻射到地球表面的能量約116萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,超過全球化石能源資源儲量。受太陽輻射角度、大氣散射等影響,全球太陽能資源主要集中在赤道一帶。
從各大洲太陽能資源分布來看,非洲、亞洲、北美洲、大洋洲、南美洲、歐洲分別占全球太陽能理論蘊藏量的40%、25%、11%、15%、7%、2%。亞洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在中國西部地區(qū),中東的以色列、約旦、沙特阿拉伯、阿聯(lián)酋等國家;歐洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在南歐地區(qū),分布在意大利、希臘、土耳其、德國等國家;北美洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在美國西南部地區(qū);南美洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在秘魯、智利兩國交界的阿塔卡瑪沙漠地區(qū);非洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在北非的撒哈拉沙漠及以北,以及東非的埃塞俄比亞、蘇丹、肯尼亞等國家和地區(qū);大洋洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在澳大利亞的北部地區(qū)。
大型風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)需考慮多種因素
大型風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)需要綜合考慮資源稟賦、地形地貌、交通條件、開發(fā)成本等多種因素。
第一個條件是新能源資源條件優(yōu)越。一般而言,風(fēng)電場10米高的風(fēng)功率密度大于150瓦/平方米,光伏電站太陽能年輻射量大于1400千瓦時/平方米。第二個條件是需要集中連片的土地資源。一個大型風(fēng)電場一般達到20~30萬千瓦,占地面積50平方公里左右;大型光伏電站裝機20~30萬千瓦,占地面積比較緊湊,占地面積接近10平方公里。第三個條件是要求地形較為平坦,地面坡度不超過15%,且不能在地質(zhì)災(zāi)害區(qū)、自然保護區(qū)、地震帶、水域、森林、居民區(qū)等地區(qū)建設(shè)。第四個條件是道路交通條件不能太差,需靠近主干道路,不宜在電網(wǎng)末端、無人區(qū)內(nèi)、偏遠山區(qū)等地區(qū)開發(fā)。第五個條件是集中式開發(fā)成本在可承受范圍內(nèi)。需要測算本地集中式開發(fā)成本,如果開發(fā)成本高于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)平均上網(wǎng)電價,說明該地區(qū)開發(fā)風(fēng)光發(fā)電基地不具備經(jīng)濟性。
根據(jù)風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)的適用條件,可建立全球大型風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)潛力評估體系,包括理論可開發(fā)量、技術(shù)可開發(fā)量和經(jīng)濟可開發(fā)量三大要素。理論可開發(fā)量根據(jù)資源條件測算一個地區(qū)風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)規(guī)模的上限;技術(shù)可開發(fā)量表示在當(dāng)前技術(shù)水平條件下,考慮地理環(huán)境要素的影響,可開發(fā)利用的風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)規(guī)模;經(jīng)濟可開發(fā)量表示在當(dāng)前技術(shù)、經(jīng)濟可承受前提下,具有經(jīng)濟開發(fā)價值、具備并網(wǎng)條件、開發(fā)成本在可接受范圍的風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)規(guī)模。
全球風(fēng)光發(fā)電基地有非常好的開發(fā)前景
國網(wǎng)能源院初步開展了全球各大洲及主要風(fēng)光發(fā)電基地理論可開發(fā)量測算,結(jié)果表明,全球風(fēng)能資源主要分布在南北緯度較高地區(qū),各大洲理論開發(fā)潛力超過500億千瓦;太陽能資源集中在赤道一帶地區(qū),各大洲理論開發(fā)潛力超過1800億千瓦。
研究發(fā)現(xiàn),歐洲風(fēng)電100米高度風(fēng)電開發(fā)潛力約為45億千瓦,其中德國、西班牙等目前風(fēng)電裝機排前10位國家的風(fēng)電開發(fā)潛力合計達到16.78億千瓦,占歐洲風(fēng)電開發(fā)潛力的37%。預(yù)計2030年、2050年年底,歐洲風(fēng)電開發(fā)規(guī)模分別達到4.99億千瓦和10.2億千瓦。太陽能發(fā)電開發(fā)潛力約為109億千瓦,其中德國、意大利等目前太陽能裝機排前10位國家的太陽能開發(fā)潛力合計達到43.7億千瓦,占歐洲太陽能開發(fā)潛力的40%。預(yù)計2030年、2050年年底,歐洲太陽能發(fā)電的開發(fā)規(guī)模分別達到7.6億千瓦和18.4億千瓦。
亞洲風(fēng)電100米高度風(fēng)電開發(fā)潛力約為189億千瓦,其中中國、印度等國家的風(fēng)電開發(fā)潛力合計達到75億千瓦,占亞洲風(fēng)電開發(fā)潛力的39%。預(yù)計2030年、2050年年底,亞洲風(fēng)電開發(fā)規(guī)模分別達到7.65億千瓦和35.7億千瓦。太陽能發(fā)電開發(fā)潛力約為658億千瓦,其中中國、日本等主要國家的太陽能開發(fā)潛力合計達到172.7億千瓦,占亞洲太陽能開發(fā)潛力的26%。預(yù)計2030年、2050年年底,亞洲太陽能發(fā)電的開發(fā)規(guī)模分別達到18.5億千瓦和84.1億千瓦。
美洲風(fēng)電100米高度風(fēng)電開發(fā)潛力約為172億千瓦,其中美國、加拿大等主要國家的風(fēng)電開發(fā)潛力合計達到162億千瓦,占美洲風(fēng)電開發(fā)潛力的94%。預(yù)計2030年、2050年年底,亞洲風(fēng)電開發(fā)規(guī)模分別達到11.5億千瓦和28.6億千瓦。太陽能發(fā)電開發(fā)潛力約為547億千瓦,其中美國、加拿大等主要國家的太陽能開發(fā)潛力合計達到393.5億千瓦,占美洲太陽能開發(fā)潛力的72%。預(yù)計2030年、2050年年底,美洲太陽能發(fā)電的開發(fā)規(guī)模分別達到28.4億千瓦和55.8億千瓦。
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資源量化評估是風(fēng)光發(fā)電基地大規(guī)模開發(fā)利用的基礎(chǔ)。國網(wǎng)能源院利用自主開發(fā)的全球風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)潛力和出力特性研究系統(tǒng)、基于三維GIS的風(fēng)光發(fā)電基地資源評估和展示系統(tǒng),組織進行了一系列研究,為開展風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)規(guī)劃和電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃提供參考。
要大規(guī)模開發(fā)利用風(fēng)光發(fā)電基地、構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng),就必須對基地資源作出科學(xué)準(zhǔn)確的量化評估。全球各大洲風(fēng)能和太陽能資源分布情況如何?是否具有更大的開發(fā)潛力?國網(wǎng)能源院自主開發(fā)的全球風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)潛力和出力特性研究系統(tǒng)、基于三維GIS的風(fēng)光發(fā)電基地資源評估和展示系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對全球主要風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)潛力和出力特性的評估。
全球風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)潛力和出力特性研究系統(tǒng)、基于三維GIS的風(fēng)光發(fā)電基地資源評估和展示系統(tǒng),由數(shù)據(jù)庫層、開發(fā)潛力評估、出力特性分析等三大層構(gòu)成。數(shù)據(jù)層歸集了全球風(fēng)能10×10公里、測風(fēng)高度70米、80米、100米的10年逐小時風(fēng)能資源數(shù)據(jù),以及太陽能4×4公里的10年平均太陽能輻射量數(shù)據(jù),包括風(fēng)速統(tǒng)計概率分布、平均風(fēng)功率密度、風(fēng)能、太陽總輻射量(GHI)、太陽法向直接輻射量(DNI)、平均日照時間、可利用小時數(shù)等指標(biāo)。
開發(fā)潛力評估應(yīng)用于全球各大洲主要風(fēng)光發(fā)電基地,評估各大基地的理論可開發(fā)量、技術(shù)可開發(fā)量和經(jīng)濟可開發(fā)量;出力特性分析同樣應(yīng)用于全球各大洲主要風(fēng)光發(fā)電基地,分析各大基地在不同年份的出力特性,包括年月出力分布特性、容量置信度、有效出力系數(shù)等。國網(wǎng)能源院利用這兩個系統(tǒng)開展研究,得出了一系列結(jié)論,為開展風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)規(guī)劃和電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃提供參考。
全球風(fēng)能和太陽能資源豐富
研究發(fā)現(xiàn),世界風(fēng)能資源理論蘊藏量約2000萬億千瓦時/年。受大氣環(huán)流、地形、海陸和水體等因素影響,全球風(fēng)能資源分布不均衡。非洲、亞洲、北美洲、南美洲、歐洲、大洋洲分別占全球風(fēng)能理論蘊藏量的32%、25%、20%、10%、8%、5%。亞洲風(fēng)電開發(fā)基地主要集中在中國“三北”地區(qū)、俄羅斯北部和中亞哈薩克斯坦等地區(qū);北美洲風(fēng)電開發(fā)基地主要集中在美國中部及東西部沿海地區(qū);南美洲風(fēng)電開發(fā)基地主要集中在巴西東南部高原地區(qū),以及阿根廷與智利南部地區(qū);歐洲風(fēng)電開發(fā)基地主要集中在北海及大西洋沿岸地區(qū);非洲風(fēng)電開發(fā)基地主要集中在蘇丹、索馬里、埃及等國家;大洋洲風(fēng)能資源開發(fā)基地主要集中在澳大利亞沿海及新西蘭環(huán)島沿岸地帶。
研究發(fā)現(xiàn),全球太陽能開發(fā)潛力巨大,年輻射到地球表面的能量約116萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,超過全球化石能源資源儲量。受太陽輻射角度、大氣散射等影響,全球太陽能資源主要集中在赤道一帶。
從各大洲太陽能資源分布來看,非洲、亞洲、北美洲、大洋洲、南美洲、歐洲分別占全球太陽能理論蘊藏量的40%、25%、11%、15%、7%、2%。亞洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在中國西部地區(qū),中東的以色列、約旦、沙特阿拉伯、阿聯(lián)酋等國家;歐洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在南歐地區(qū),分布在意大利、希臘、土耳其、德國等國家;北美洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在美國西南部地區(qū);南美洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在秘魯、智利兩國交界的阿塔卡瑪沙漠地區(qū);非洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在北非的撒哈拉沙漠及以北,以及東非的埃塞俄比亞、蘇丹、肯尼亞等國家和地區(qū);大洋洲太陽能發(fā)電開發(fā)基地主要集中在澳大利亞的北部地區(qū)。
大型風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)需考慮多種因素
大型風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)需要綜合考慮資源稟賦、地形地貌、交通條件、開發(fā)成本等多種因素。
第一個條件是新能源資源條件優(yōu)越。一般而言,風(fēng)電場10米高的風(fēng)功率密度大于150瓦/平方米,光伏電站太陽能年輻射量大于1400千瓦時/平方米。第二個條件是需要集中連片的土地資源。一個大型風(fēng)電場一般達到20~30萬千瓦,占地面積50平方公里左右;大型光伏電站裝機20~30萬千瓦,占地面積比較緊湊,占地面積接近10平方公里。第三個條件是要求地形較為平坦,地面坡度不超過15%,且不能在地質(zhì)災(zāi)害區(qū)、自然保護區(qū)、地震帶、水域、森林、居民區(qū)等地區(qū)建設(shè)。第四個條件是道路交通條件不能太差,需靠近主干道路,不宜在電網(wǎng)末端、無人區(qū)內(nèi)、偏遠山區(qū)等地區(qū)開發(fā)。第五個條件是集中式開發(fā)成本在可承受范圍內(nèi)。需要測算本地集中式開發(fā)成本,如果開發(fā)成本高于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)平均上網(wǎng)電價,說明該地區(qū)開發(fā)風(fēng)光發(fā)電基地不具備經(jīng)濟性。
根據(jù)風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)的適用條件,可建立全球大型風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)潛力評估體系,包括理論可開發(fā)量、技術(shù)可開發(fā)量和經(jīng)濟可開發(fā)量三大要素。理論可開發(fā)量根據(jù)資源條件測算一個地區(qū)風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)規(guī)模的上限;技術(shù)可開發(fā)量表示在當(dāng)前技術(shù)水平條件下,考慮地理環(huán)境要素的影響,可開發(fā)利用的風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)規(guī)模;經(jīng)濟可開發(fā)量表示在當(dāng)前技術(shù)、經(jīng)濟可承受前提下,具有經(jīng)濟開發(fā)價值、具備并網(wǎng)條件、開發(fā)成本在可接受范圍的風(fēng)光發(fā)電基地開發(fā)規(guī)模。
全球風(fēng)光發(fā)電基地有非常好的開發(fā)前景
國網(wǎng)能源院初步開展了全球各大洲及主要風(fēng)光發(fā)電基地理論可開發(fā)量測算,結(jié)果表明,全球風(fēng)能資源主要分布在南北緯度較高地區(qū),各大洲理論開發(fā)潛力超過500億千瓦;太陽能資源集中在赤道一帶地區(qū),各大洲理論開發(fā)潛力超過1800億千瓦。
研究發(fā)現(xiàn),歐洲風(fēng)電100米高度風(fēng)電開發(fā)潛力約為45億千瓦,其中德國、西班牙等目前風(fēng)電裝機排前10位國家的風(fēng)電開發(fā)潛力合計達到16.78億千瓦,占歐洲風(fēng)電開發(fā)潛力的37%。預(yù)計2030年、2050年年底,歐洲風(fēng)電開發(fā)規(guī)模分別達到4.99億千瓦和10.2億千瓦。太陽能發(fā)電開發(fā)潛力約為109億千瓦,其中德國、意大利等目前太陽能裝機排前10位國家的太陽能開發(fā)潛力合計達到43.7億千瓦,占歐洲太陽能開發(fā)潛力的40%。預(yù)計2030年、2050年年底,歐洲太陽能發(fā)電的開發(fā)規(guī)模分別達到7.6億千瓦和18.4億千瓦。
亞洲風(fēng)電100米高度風(fēng)電開發(fā)潛力約為189億千瓦,其中中國、印度等國家的風(fēng)電開發(fā)潛力合計達到75億千瓦,占亞洲風(fēng)電開發(fā)潛力的39%。預(yù)計2030年、2050年年底,亞洲風(fēng)電開發(fā)規(guī)模分別達到7.65億千瓦和35.7億千瓦。太陽能發(fā)電開發(fā)潛力約為658億千瓦,其中中國、日本等主要國家的太陽能開發(fā)潛力合計達到172.7億千瓦,占亞洲太陽能開發(fā)潛力的26%。預(yù)計2030年、2050年年底,亞洲太陽能發(fā)電的開發(fā)規(guī)模分別達到18.5億千瓦和84.1億千瓦。
美洲風(fēng)電100米高度風(fēng)電開發(fā)潛力約為172億千瓦,其中美國、加拿大等主要國家的風(fēng)電開發(fā)潛力合計達到162億千瓦,占美洲風(fēng)電開發(fā)潛力的94%。預(yù)計2030年、2050年年底,亞洲風(fēng)電開發(fā)規(guī)模分別達到11.5億千瓦和28.6億千瓦。太陽能發(fā)電開發(fā)潛力約為547億千瓦,其中美國、加拿大等主要國家的太陽能開發(fā)潛力合計達到393.5億千瓦,占美洲太陽能開發(fā)潛力的72%。預(yù)計2030年、2050年年底,美洲太陽能發(fā)電的開發(fā)規(guī)模分別達到28.4億千瓦和55.8億千瓦。