一种基于水足迹的水上光伏设备装机面积确定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于水足迹的水上光伏设备装机面积确定方法，包括：确定水上光伏设备生产过程中需要消耗的水足迹和水上光伏设备建设过程中需要消耗的水足迹；基于水上光伏设备的装机面积占比和水上光伏设备生产和建设过程中需要消耗的水足迹确定建设水上光伏设备消耗的综合水足迹；确定建设水上光伏设备后水上光伏设备节约的水足迹；基于水上光伏设备运行维护所消耗的水足迹、建设水上光伏设备消耗的综合水足迹以及水上光伏设备节约的水足迹确定水上光伏设备的节水效益；将水上光伏设备的节水效益设为0，以确定水上光伏设备的最小装机面积占比。本发明专利技术能够在满足干旱区节水目的的条件下建设水上光伏，有利于减轻干旱区水资源压力。水资源压力。水资源压力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水足迹的水上光伏设备装机面积确定方法及系统


[0001]本专利技术属于水上光伏建设领域，更具体地，涉及一种基于水足迹的水上光伏设备装机面积确定方法及系统。

技术介绍

[0002]水资源是人类赖以生存和发展的珍贵资源，干旱区的水资源更是尤为重要，水资源问题已不仅仅是资源问题，更成为关系到经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。当前，干旱区的水电站主要承担着蓄水灌溉、水力发电等功能作用。但是由于大部分干旱区水电站的面积广阔与气候干燥，每年的水电站水资源蒸发量尤为突出，再加上灌溉泵送水资源、水电消耗水资源，对于干旱区的水资源造成很大程度的浪费。
[0003]水足迹(WaterFootprint)概念是荷兰水资源专家Hoekstra在虚拟水理论研究的基础上提出的，用以描述人类活动对水资源系统的影响。具体到产品工业水足迹，是指产品在工业生产过程中所需要的水资源总量。水足迹是一个多维指标,在地理和时间上共同规定了总水足迹的所有组成部分，包括蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹，其中，蓝水足迹是指产品供应链上的蓝水资源(地表水和地下水)消耗量；绿水足迹指绿水资源(储存在土壤中的雨水，如土壤水分)的消耗量；灰水足迹则与污染量有关，可定义为根据现有环境水质标准同化污染物负荷所需消耗的淡水量。
[0004]光伏发电作为近年来国家大力发展的产业，在致力于减少耗能的清洁产业中扮演者至关重要的角色。但是光伏发电自身造价高、维护困难以及对于土地资源的占用也是不可忽视的。发展水上光伏可有效解决上述问题，尤其是在干旱区的水电站，既可减少水电站蒸发，又可以降低发电能耗，进一步达到节水目的。因此，对于干旱区水上光伏建设的消耗以及节省的水足迹进行具体量化是十分有必要的。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于水足迹的水上光伏设备装机面积确定方法及系统，旨在解决现有技术没有给出在满足节水目的的情况下如何确定水上光伏最小装机面积占比的问题。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于水足迹的水上光伏设备装机面积确定方法，包括如下步骤：
[0007]确定水上光伏设备生产过程中需要消耗的水足迹和水上光伏设备建设过程中需要消耗的水足迹；
[0008]基于水上光伏设备的装机面积占比和水上光伏设备生产和建设过程中需要消耗的水足迹确定建设水上光伏设备消耗的综合水足迹；
[0009]确定建设水上光伏设备后水电站年蒸发水足迹的第一减少量、建设水上光伏设备后水上光伏设备相对水力发电所消耗水足迹的第二减少量以及建设水上光伏设备后灌溉抽取地下水所消耗水足迹的第三减少量；
[0010]将水足迹的第一减少量、第二减少量以及第三减少量相加，得到水上光伏设备节约的水足迹；
[0011]基于水上光伏设备运行维护所消耗的水足迹、建设水上光伏设备消耗的综合水足迹以及水上光伏设备节约的水足迹确定水上光伏设备的节水效益；
[0012]将所述水上光伏设备的节水效益设为0，以确定水上光伏设备的最小装机面积占比；当水上光伏设备的装机面积占比大于最小装机面积占比时，所述节水效益大于0，所述水上光伏设备能够减少所装配地区的水资源消耗。
[0013]在一个可选的示例中，基于水上光伏设备的装机面积占比和水上光伏设备生产和建设过程中需要消耗的水足迹确定建设水上光伏设备消耗的综合水足迹，具体为：
[0014]CPWF＝N*S*(PVWF1+PVWF2)+S*DWF式中，S为水电站总表面积；N为水上光伏设备装机面积占比；PVWF1为单位面积水上光伏设备的生产水足迹，PVWF2为单位面积水上光伏设备的建设水足迹，DWF为建设水上光伏设备需要的围绕水电站进行相关设备配置的水足迹。
[0015]在一个可选的示例中，确定建设水上光伏设备后水电站年蒸发水足迹的第一减少量、建设水上光伏设备后水上光伏设备相对水力发电所消耗水足迹的第二减少量以及建设水上光伏设备后灌溉抽取地下水所消耗水足迹的第三减少量；具体为：
[0016]设EWF为建设水上光伏设备后水电站年蒸发水足迹的减少量：
[0017]EWF＝S*AEWF*m1；
[0018]式中，AEWF为建设水上光伏设备前水电站单位面积的年蒸发水足迹，S为水电站总表面积，m1为建设水上光伏设备后水电站减少蒸发率的系数；
[0019]设PWF为建设水上光伏设备后水上光伏设备相对水力发电所消耗水足迹的减少量：
[0020]PWF＝E*(WPWF
‑
PPWF)；
[0021]式中，WPWF为水电站水力发电的水足迹，PPWF为水上光伏设备光伏发电的水足迹，E为水上光伏设备年发电量，E＝N*S*AP*T*t*m2，AP为单位面积水上光伏设备发电功率，T为有效发电天数，t为一天内有效发电时间，m2为水上光伏设备的光伏发电效率；
[0022]设CWF为建设水上光伏设备后灌溉抽取地下水所消耗水足迹的减少量：
[0023]CWF＝W*C；
[0024]式中，W为灌溉抽水量，C为抽取1m3地下水的损耗水足迹。
[0025]在一个可选的示例中，所述水上光伏设备节约的水足迹EPWF＝EWF+PWF+CWF。
[0026]在一个可选的示例中，基于水上光伏设备运行维护所消耗的水足迹、建设水上光伏设备消耗的综合水足迹以及水上光伏设备节约的水足迹确定水上光伏设备的节水效益Q，具体为：
[0027]Q＝(EPWF
‑
RWF*N*S)*m3‑
CPWF
[0028]式中，RWF为水上光伏设备运行维护所消耗的水足迹；m3为建设水上光伏设备获得净节水效益的时间系数。
[0029]第二方面，本专利技术提供了一种基于水足迹的水上光伏设备装机面积确定系统，包括：
[0030]综合水足迹确定单元，用于确定水上光伏设备生产过程中需要消耗的水足迹和水上光伏设备建设过程中需要消耗的水足迹；以及基于水上光伏设备的装机面积占比和水上
光伏设备生产和建设过程中需要消耗的水足迹确定建设水上光伏设备消耗的综合水足迹；
[0031]节约水足迹确定单元，用于确定建设水上光伏设备后水电站年蒸发水足迹的第一减少量、建设水上光伏设备后水上光伏设备相对水力发电所消耗水足迹的第二减少量以及建设水上光伏设备后灌溉抽取地下水所消耗水足迹的第三减少量；以及将水足迹的第一减少量、第二减少量以及第三减少量相加，得到水上光伏设备节约的水足迹；
[0032]最小装机面积确定单元，用于基于水上光伏设备运行维护所消耗的水足迹、建设水上光伏设备消耗的综合水足迹以及水上光伏设备节约的水足迹确定水上光伏设备的节水效益；以及将所述水上光伏设备的节水效益设为0，以确定水上光伏设备的最小装机面积占比；当水上光伏设备的装机面积占比大于最小装机面积占比时，所述节水效益大于0，所述水上光伏设备能够减少所装配地区的水资源消耗。
[0033]在一个可选的示例中，所述综合水足迹确定单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水足迹的水上光伏设备装机面积确定方法，其特征在于，包括如下步骤：确定水上光伏设备生产过程中需要消耗的水足迹和水上光伏设备建设过程中需要消耗的水足迹；基于水上光伏设备的装机面积占比和水上光伏设备生产和建设过程中需要消耗的水足迹确定建设水上光伏设备消耗的综合水足迹；确定建设水上光伏设备后水电站年蒸发水足迹的第一减少量、建设水上光伏设备后水上光伏设备相对水力发电所消耗水足迹的第二减少量以及建设水上光伏设备后灌溉抽取地下水所消耗水足迹的第三减少量；将水足迹的第一减少量、第二减少量以及第三减少量相加，得到水上光伏设备节约的水足迹；基于水上光伏设备运行维护所消耗的水足迹、建设水上光伏设备消耗的综合水足迹以及水上光伏设备节约的水足迹确定水上光伏设备的节水效益；将所述水上光伏设备的节水效益设为0，以确定水上光伏设备的最小装机面积占比；当水上光伏设备的装机面积占比大于最小装机面积占比时，所述节水效益大于0，所述水上光伏设备能够减少所装配地区的水资源消耗。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于水上光伏设备的装机面积占比和水上光伏设备生产和建设过程中需要消耗的水足迹确定建设水上光伏设备消耗的综合水足迹，具体为：CPWF＝N*S*(PVWF1+PVWF2)+S*WF；式中，S为水电站总表面积；N为水上光伏设备装机面积占比；PVWF1为单位面积水上光伏设备的生产水足迹，PVWF2为单位面积水上光伏设备的建设水足迹，DWF为建设水上光伏设备需要的围绕水电站进行相关设备配置的水足迹。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定建设水上光伏设备后水电站年蒸发水足迹的第一减少量、建设水上光伏设备后水上光伏设备相对水力发电所消耗水足迹的第二减少量以及建设水上光伏设备后灌溉抽取地下水所消耗水足迹的第三减少量；具体为：设EWF为建设水上光伏设备后水电站年蒸发水足迹的减少量：EWF＝S*AEWF*m1；式中，AEWF为建设水上光伏设备前水电站单位面积的年蒸发水足迹，S为水电站总表面积，m1为建设水上光伏设备后水电站减少蒸发率的系数；设PWF为建设水上光伏设备后水上光伏设备相对水力发电所消耗水足迹的减少量：PWF＝E*(F
‑
PPWF)；式中，WPWF为水电站水力发电的水足迹，PPWF为水上光伏设备光伏发电的水足迹，E为水上光伏设备年发电量，E＝N*S*AP*T*t*m2，AP为单位面积水上光伏设备发电功率，T为有效发电天数，t为一天内有效发电时间，m2为水上光伏设备的光伏发电效率；设CWF为建设水上光伏设备后灌溉抽取地下水所消耗水足迹的减少量：CWF＝W*C；式中，W为灌溉抽水量，C为抽取1m3地下水的损耗水足迹。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水上光伏设备节约的水足迹EPWF＝EWF+PWF+CWF。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于水上光伏设备运行维护所消耗的水足迹、建设水上光伏设备消耗的综合水足迹以及水上光伏设备节约的水足迹确定水上光伏设备的节水效益Q，具体为：Q＝(EPWF
‑
RWF*N*S)*m3‑
CPWF式中，RWF为水上光伏设备运行维护所消耗的水足迹；m3为建设水上光伏设备获得净节水效益的时间系数。6.一种基于水足迹的水上光伏设备装机面积确定系统，其特征在于，包括：综合水足迹确定单元，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙怀卫，杜世雄，陈伏龙，吕廷波，严冬，顾磊，陈长清，冯娟，阳勇，鲁梦格，
申请(专利权)人：石河子大学新疆维吾尔自治区塔里木河流域干流管理局，
类型：发明
国别省市：