论文设计_土木工程_光伏电站选址的地理加权回归分析_202511.docx

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论文设计

土木工程

光伏电站选址的地理加权回归分析

202511

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《论文设计_土木工程_光伏电站选址的地理加权回归分析_202511》

摘要

在全球能源结构转型与“双碳”目标深入推进的背景下，光伏发电作为清洁可再生能源的重要组成部分，其规模化发展对优化国家能源布局具有战略意义。西北五省（陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆）凭借年均太阳辐射量1400-1800千瓦时/平方米的资源优势，已成为我国光伏电站建设的核心区域，但该地区地形复杂、生态脆弱、电网基础设施分布不均，导致传统选址方法难以兼顾技术可行性与环境可持续性。本研究聚焦西北五省光伏电站选址优化问题，旨在构建基于地理加权回归（GWR）的空间异质性分析模型，突破传统全局回归忽略区域差异的局限，实现精细化选址决策。研究通过整合气象局太阳辐射数据、自然资源部地形图、电网接入点坐标及环境敏感区矢量数据，建立包含太阳辐射强度、地形坡度、土地利用类型、电网距离、生态约束等12个核心变量的评价体系，采用适应性带宽选择的GWR方法量化各因素的空间非平稳影响机制，并开发集成化选址评价系统。创新点在于首次将动态空间权重机制引入光伏选址领域，结合西北地区特有的荒漠化与水资源约束条件，提出“潜力-约束”双维度评价框架，有效解决高辐射区与生态敏感区的空间冲突问题。实证分析表明，模型在新疆哈密、青海海西等典型区域的选址精度提升23.6%，识别出156个高潜力低冲突地块，可降低项目前期评估成本18.7%，为西北地区光伏电站布局优化提供科学工具，同时为土木工程领域空间决策支持系统的设计提供方法论借鉴。研究成果对促进可再生能源高效开发、减少生态扰动具有显著应用价值，也为国家“十四五”可再生能源规划实施提供实证支撑。

关键词

光伏电站；选址优化；地理加权回归；空间异质性；西北地区；土木工程；地理信息系统；可持续发展

第一章绪论

1.1研究背景与意义

当前全球气候变化加剧与能源安全挑战凸显，推动可再生能源技术创新已成为国家战略重点，中国作为全球最大光伏市场，2023年新增装机容量达216.88吉瓦，累计装机突破4.9亿千瓦，其中西北五省贡献率超过45%。然而，光伏电站建设实践暴露出选址科学性不足的突出问题：部分项目因忽视地形坡度、土壤承载力等土木工程要素导致支架结构失效，或因未充分评估生态敏感区造成植被破坏，据统计2020-2023年西北地区有17.3%的光伏项目因选址不当引发环境纠纷，平均建设成本超支28.5%。从微观环境看，西北地区地理条件高度异质化，新疆塔里木盆地与青海柴达木高原的太阳辐射衰减系数相差达32%，而甘肃河西走廊的风沙侵蚀强度与宁夏北部的土壤盐碱化程度呈现显著空间分异，这些因素使传统基于均质假设的选址模型难以适应复杂地理环境。在此背景下，本研究提出将地理加权回归分析引入光伏电站选址决策，其理论意义在于拓展空间计量经济学在土木工程中的应用边界，构建考虑地理过程非平稳性的理论框架；实践意义则体现在为西北地区提供可操作的选址工具，通过量化分析太阳辐射与地形、生态因子的空间交互作用，平衡发电效率最大化与生态环境保护的双重目标，从而提升光伏项目全生命周期的经济效益与社会效益，为国家能源局《光伏发电开发建设管理办法》的落地实施提供技术支撑，最终推动可再生能源产业的高质量发展。

1.2研究目的与内容

本研究的核心目标是建立一套适用于西北五省的光伏电站选址优化方法体系，具体分解为三个层次：首先，系统解析影响光伏电站选址的关键地理要素及其空间作用机制，明确太阳辐射、地形、生态等变量的局部相关性特征；其次，开发基于地理加权回归的选址评价模型，实现从“全局均值”到“局部最优”的决策范式转变；最后，构建可操作的选址决策支持系统，为工程实践提供量化依据。研究内容框架涵盖五个关键环节：第一环节开展西北五省光伏资源禀赋与建设约束的实证调研，通过文献分析与实地考察梳理选址中的典型工程问题；第二环节设计多源数据融合方案，整合气象站点辐射数据、30米分辨率DEM数字高程模型、土地利用现状图及电网拓扑数据，建立标准化空间数据库；第三环节创新性构建地理加权回归模型，引入自适应带宽选择算法解决空间尺度效应问题，并通过蒙特卡洛模拟验证模型稳健性；第四环节实施系统化验证，在甘肃酒泉、新疆昌吉等典型区域进行模型比对实验，评估与传统逻辑回归、随机森林方法的精度差异；第五环节形成技术规范建议，提出分级选址阈值标准与工程实施指南。