自“一帶一路”倡議提出以來，為提高“一帶一路”沿線國家的電力普及率并驅(qū)動區(qū)域經(jīng)濟增長，電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為區(qū)域合作的重點和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。然而，當前電力基建投資以傳統(tǒng)化石能源為主，其建設(shè)運行將帶來持續(xù)性的溫室氣體排放，為實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的溫控目標帶來了艱巨挑戰(zhàn)。

成果簡介

綠色低碳的光伏發(fā)電太陽能是近年來增長最為迅速的可再生能源形式，隨著持續(xù)的技術(shù)進步和成本下降，其在未來的低碳電力轉(zhuǎn)型中將扮演重要角色?！耙粠б宦贰毖鼐€國家橫跨亞、歐、非三大洲，利用區(qū)域的優(yōu)勢光照資源發(fā)展光伏發(fā)電，將有助于沿線國家擺脫傳統(tǒng)發(fā)展路徑，實現(xiàn)經(jīng)濟增長和高碳排放的脫鉤。

近日清華大學(xué)與哈佛大學(xué)等聯(lián)合團隊通過建立太陽能光伏發(fā)電潛力綜合評估模型，首次量化評估了“一帶一路”沿線66個國家的太陽能光伏發(fā)電潛力。該項研究發(fā)表于Cell Press旗下的能源旗艦期刊Joule，論文題目為 “The Potential of Photovoltaics to Power the Belt and Road Initiative”。該項研究采用NASA GEOS-5四維同化數(shù)據(jù)，在小時尺度上系統(tǒng)地量化評估了光伏發(fā)電的空間差異化因素，揭示了發(fā)電潛力的時間、空間分布特征。該項研究輸出的技術(shù)潛力和參數(shù)對 “一帶一路” 區(qū)域規(guī)劃和沿線國家政策制定具有重要的參考價值，研究揭示了太陽能發(fā)電潛力與電力需求時空上的不匹配，為 “一帶一路” 太陽能合作提供了思路和借鑒。

研究發(fā)現(xiàn)，“一帶一路”國家太陽能光伏發(fā)電年發(fā)電潛力總量達448.9萬億千瓦時，相當于2016年該區(qū)域電力總需求的41.3倍。開發(fā)利用3.7%的光伏發(fā)電潛力即可滿足整個地區(qū)2030年的電力需求，相應(yīng)的光伏發(fā)電裝機規(guī)模為7.8TW，投資缺口約11.2萬億美元，土地需求88,426平方公里，相當于中國國土面積的0.9%。研究同時表明，光伏發(fā)電將有望降低二氧化碳排放大國的碳排放并滿足缺電國家的能源需求：中國、印度、伊朗與沙特阿拉伯4個國家2017年二氧化碳總排放量達132億噸，占全球排放總量的39.4%。據(jù)估計，這些國家的太陽能發(fā)電潛力高達238.2萬億千瓦時，占 “一帶一路” 地區(qū)太陽能發(fā)電潛力的53.1%。如果這些國家30%的電力需求由太陽能發(fā)電提供，每年可減少約24億噸二氧化碳的排放，相當于全球碳排放減少7.2%。至少有13個 “一帶一路” 沿線國家電力普及率不足100%，在這些電力短缺的國家中，太陽能光伏的年發(fā)電潛力超過其全國年電力需求9倍到5270倍不等。

研究評估了逐小時的環(huán)境溫度變化對發(fā)電的影響，引入溫度修正因子對太陽能光伏潛力計算結(jié)果進行了修正。如果不考慮溫度的影響，“一帶一路”地區(qū)的年光伏發(fā)電潛力將被高估41.4萬億千瓦時，沿線各國的太陽能發(fā)電潛力將被高估0.1%至15.0%不等。溫度對低緯度地區(qū)的影響顯著高于高緯度地區(qū)，空間差異性明顯。例如，環(huán)境溫度將使中東歐國家以及獨立國家聯(lián)合體的潛力分別下降6.0%和4.4%，而低緯度的西亞國家發(fā)電潛力則會因之下降12.7%。研究結(jié)論表明有必要在項目規(guī)劃選址及前期經(jīng)濟可行性調(diào)研中考慮環(huán)境溫度引起的發(fā)電損失，避免樂觀估計帶來的項目投資風(fēng)險。

光伏裝機潛力是考慮土地使用類型、坡度、輻射強度等限制條件，計算空間差異化的光伏組件傾角、間距等裝機參數(shù)后各國太陽能光伏裝機的上限。研究通過構(gòu)建太陽能光伏陣列模型，揭示了“一帶一路”地區(qū)的總裝機潛力為265.9萬億瓦，是2017年全球太陽能光伏裝機容量的600余倍。研究發(fā)現(xiàn)包括俄羅斯及東歐部分國家在內(nèi)的高緯國家裝機容量潛力較低。原因是隨著緯度的增高，太陽入射角將降低，為最大化對太陽輻射的利用，光伏組件的傾角將提高，組件之間的間距也因之增加以減少遮擋產(chǎn)生的陰影，太陽能光伏的安裝密度下降；以及高緯度地區(qū)太陽輻射資源明顯不具有經(jīng)濟可開發(fā)性的區(qū)域比例較高。