ArcGis软件在光伏规划选址中应用研究

ArcGis软件在光伏规划选址中应用研究

陈彬 徐栋 胡义 王炎 宋俊博

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安，710065）

摘要：在兼顾环境保护与新能源快速发展的双重要求下，光伏出现用地荒现象，必须上山破局。不同于平坦地形，山地光伏电站选址受坡度、坡向影响较大。本文应用ArcGis软件强大的数据管理和空间分析功能，以西南某山地地形为例，进行光伏电站规划选址研究，首先，对研究区域进行地形和太阳能资源分析。然后，结合国土、林业、环保等限制性区域，筛选出可利用地。最后，在有效用地的基础上，进行装机容量初步估算，由此得到一种精细、高效的光伏电站规划选址方法。

关键字：ArcGis软件 山地光伏 规划选址

0引言

在“双碳”国家战略发展目标和“构建以新能源为主体的新型电力系统”电力体制改革的双驱动下，以及可再生能源电力消纳责任权重的监管下，全国各地的光伏市场快速升温。根据国家能源局公布光伏发电建设运行情况，截至2023年底，全国光伏累计并网装机容量60891.8万kW，是2019年全国光伏累计并网装机容量的3倍。在光伏高速发展的过程中，出现了一些非法占地和违规建设的现象。为了进一步规范管理光伏用地、推动光伏产业高质量发展，国家相关管理部门又陆续出台了一系列国土、环保、林草、水利等规范用地要求，旨在实现光伏发展和生态保护的双赢。但是，在光伏高质量跨越式发展要求下，出现了严重的用地荒现象，因此加速了我国光伏上山入海的发展格局。不同于平坦地形的光伏电站选址，避让限制性建设因素，然后根据用地控制指标[1]便能得到较为可靠的规划装机容量；山地光伏电站选址还受地形的坡度、坡向影响，简单地按照面积匡算装机容量往往存在较大的偏差，严重影响着项目决策。GIS技术[2]拥有强大的数据管理和空间分析功能，将GIS技术应用于光伏选址，可以实现对目标区域的太阳能资源、土地资源、地形条件的空间和属性数据的统一分析和处理。雷鸣等[3]在GIS技术下使用Python语言处理地形、环境影响数据，对目标区域进行大面积筛选，再利用Candela3D软件布置光伏组件，能够高效快捷地完成大规模光伏电站选址及最大化的实现项目发电收益。罗兵[4]、东方[5]等采用GIS技术，对目标区域的辐射条件、地形条件、地理位置进行综合分析，得到适宜光伏电站开发的有效用地面积和装机容量。为了满足新发展形势及复杂环境影响下的光伏用地需求，可以利用成熟的数据处理软件，打造一套科学合理、快速高效的选址方法。

1选址方法研究

本文利用ArcGis软件强大的数据管理和空间分析功能，进行光伏规划选址应用研究。首先，收集研究区域的地形数据、太阳能资源数据以及各类土地利用数据，利用ArcGis软件进行数据的管理和分析，对地形数据进行坡度和坡向分析。然后，筛选出太阳能资源可用、阴影遮挡较小、施工便利的区域。其次，避让国土、林业、环保等限制性区域，筛选出光伏电站建设可利用地。最后，在有效用地的基础上，按照集约化与分散化并举的开发理念，参照同类型项目用地控制指标初步估算光伏电站规划装机容量。由此得到一种精细、高效的光伏电站规划选址方法，为更高精度地估算光伏电站规划装机容量提供了有效依据。光伏选址方法实施技术路线见图1。

图1   本方法实施技术路线图

2应用案例

（1）地形和太阳辐射数据

本文以西南某山地地区的光伏电站规划选址为例，收集了空间分辨率为90m的SRTM数字高程图以及区域太阳辐射数据。研究区域中心坐标为：东经103°16'，北纬23°06'，面积为84468亩，海拔高度约145~1933m，年太阳总辐射量在1099~1429kWh/m2之间。

（2）坡度、坡向分析

基于地形高程栅格数据，利用ArcGis软件，分别利用“坡度（Slope）”、“坡向（Aspect）”工具进行地形分析，坡度、坡向分析成果见图2。

图2   目标区域坡度、坡向分析成果图

（3）坡度、坡向筛选

利用“栅格计算器（Raster Calculator）”工具筛选出坡度不超过5°，东坡（方位角105°～135°）、西坡（方位角225°～255°）坡度不超过20°，南坡（方位角135°～225°）坡度不超过40°，以及太阳总辐射量不低于1050kWh/m2的栅格范围。再利用“栅格转面矢量（Raster To Polygen）”工具生成满足条件的面矢量文件。

（4）国土、环保等限制性因素剔除

在满足坡度、坡向、太阳能资源条件的可利用地基础上，利用“擦除（Erase）”工具逐步剔除生态红线、基本农田、公益林、湿地、自然保护地等限制性建设区域。

（5）林地可用范围提取

从林业数据中筛选出属性为“其他灌木林地”、“其他无立木林地”、“宜林荒山荒地”、“宜林沙荒地”、“其他宜林地”、“耕地”、“水域”、“未利用地”等光伏建设可利用地。

（6）山地光伏电站规划场址推荐

利用“裁剪（Clip）”工具，裁剪出（4）、（5）公共部分。对属性不同、但相邻矢量地块进行“联合（Union）”，筛选面积不小于200亩的范围作为推荐场址，成果见图3。

图3   推荐光伏选址范围示意图

（7）规划装机容量

经过统计，推荐光伏电站有效用地总面积为7378亩，占目标范围面积的8.7%。初步按照1MW/30亩的光伏建设用地控制指标估算，研究区域规划装机容量约246MW。

4 结论和建议

本文将ArcGis软件应用于光伏电站规划选中，利用其强大的数据管理和空间分析功能，对研究区域进行太阳能总辐射分析、地形的坡度和坡向分析，以及国土、林业、环保等限制性因素的避让，筛选出光伏电站有效用地面积。最后，参照同类型项目用地控制指标初步估算光伏电站规划装机容量，为大规模的光伏项目前期规划提出了一套高效的选址方法。通过快速锁定开发目标、缩小地形测量范围，为项目开发提供可靠的决策依据。受限于各类数字化高程地形图的精度，坡度、阴影分析可能存在一定的误差，建议在项目开发阶段，通过实测高精度地形图，进一步复核目标范围的规划装机容量。

参考文献：

[1] 光伏发电站工程项目用地控制指标:TD/T 1075-2023[S].

[2]李晓翠. GIS技术在空间选址中的应用[D].陕西:长安大学,2007.

[3]雷鸣,韦关祥,赵青.基于GIS技术的大规模光伏电站宏观选址方案研究[J].太阳能, 2023(1):43-48.

[4]罗兵,代昌东,倪川,等.大型山地集中式光伏选址及装机规模分析[J].电工技术, 2024(003):000.

[5] 东方,姜雨蒙,王乐乐,等. 基于GIS技术光伏电站宏观选址技术分析[J]. 内蒙古气象,2024(1):31-37.

作者简介：陈彬（1990-），男，陕西安康，汉族，硕士研究生学历，工程师，新能源发电项目规划与设计工作。