自“一帶一路”倡議提出以來(lái)，為提高“一帶一路”沿線國(guó)家的電力普及率并驅(qū)動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為區(qū)域合作的重點(diǎn)和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。然而，當(dāng)前電力基建投資以傳統(tǒng)化石能源為主，其建設(shè)運(yùn)行將帶來(lái)持續(xù)性的溫室氣體排放，為實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的溫控目標(biāo)帶來(lái)了艱巨挑戰(zhàn)。

綠色低碳的光伏太陽(yáng)能是近年來(lái)增長(zhǎng)最為迅速的可再生能源形式，隨著持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步和成本下降，其在未來(lái)的低碳電力轉(zhuǎn)型中將扮演重要角色?！耙粠б宦贰毖鼐€國(guó)家橫跨亞、歐、非三大洲，利用區(qū)域的優(yōu)勢(shì)光照資源發(fā)展光伏發(fā)電，將有助于沿線國(guó)家擺脫傳統(tǒng)發(fā)展路徑，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)通過(guò)建立太陽(yáng)能光伏發(fā)電潛力綜合評(píng)估模型，首次量化評(píng)估了“一帶一路”沿線66個(gè)國(guó)家的太陽(yáng)能光伏發(fā)電潛力。該項(xiàng)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(xiàng)研究采用NASA GEOS-5四維同化數(shù)據(jù)，在小時(shí)尺度上系統(tǒng)地量化評(píng)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(shí)間、空間分布特征。該項(xiàng)研究輸出的技術(shù)潛力和參數(shù)對(duì) “一帶一路” 區(qū)域規(guī)劃和沿線國(guó)家政策制定具有重要的參考價(jià)值，研究揭示了太陽(yáng)能發(fā)電潛力與電力需求時(shí)空上的不匹配，為 “一帶一路” 太陽(yáng)能合作提供了思路和借鑒。

研究發(fā)現(xiàn)，“一帶一路”國(guó)家太陽(yáng)能光伏發(fā)電年發(fā)電潛力總量達(dá)448.9萬(wàn)億千瓦時(shí)，相當(dāng)于2016年該區(qū)域電力總需求的41.3倍。開(kāi)發(fā)利用3.7%的光伏發(fā)電潛力即可滿(mǎn)足整個(gè)地區(qū)2030年的電力需求，相應(yīng)的光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模為7.8TW，投資缺口約11.2萬(wàn)億美元，土地需求88,426平方公里，相當(dāng)于中國(guó)國(guó)土面積的0.9%。研究同時(shí)表明，光伏發(fā)電將有望降低二氧化碳排放大國(guó)的碳排放并滿(mǎn)足缺電國(guó)家的能源需求：中國(guó)、印度、伊朗與沙特阿拉伯4個(gè)國(guó)家2017年二氧化碳總排放量達(dá)132億噸，占全球排放總量的39.4%。據(jù)估計(jì)，這些國(guó)家的太陽(yáng)能發(fā)電潛力高達(dá)238.2萬(wàn)億千瓦時(shí)，占 “一帶一路” 地區(qū)太陽(yáng)能發(fā)電潛力的53.1%。如果這些國(guó)家30%的電力需求由太陽(yáng)能發(fā)電提供，每年可減少約24億噸二氧化碳的排放，相當(dāng)于全球碳排放減少7.2%。至少有13個(gè) “一帶一路” 沿線國(guó)家電力普及率不足100%，在這些電力短缺的國(guó)家中，太陽(yáng)能光伏的年發(fā)電潛力超過(guò)其全國(guó)年電力需求9倍到5270倍不等。

研究評(píng)估了逐小時(shí)的環(huán)境溫度變化對(duì)發(fā)電的影響，引入溫度修正因子對(duì)太陽(yáng)能光伏潛力計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(wàn)億千瓦時(shí)，沿線各國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電潛力將被高估0.1%至15.0%不等。溫度對(duì)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(guó)家以及獨(dú)立國(guó)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(guó)家發(fā)電潛力則會(huì)因之下降12.7%。研究結(jié)論表明有必要在項(xiàng)目規(guī)劃選址及前期經(jīng)濟(jì)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(lè)觀估計(jì)帶來(lái)的項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)。

光伏裝機(jī)潛力是考慮土地使用類(lèi)型、坡度、輻射強(qiáng)度等限制條件，計(jì)算空間差異化的光伏組件傾角、間距等裝機(jī)參數(shù)后各國(guó)太陽(yáng)能光伏裝機(jī)的上限。研究通過(guò)構(gòu)建太陽(yáng)能光伏陣列模型，揭示了“一帶一路”地區(qū)的總裝機(jī)潛力為265.9萬(wàn)億瓦，是2017年全球太陽(yáng)能光伏裝機(jī)容量的600余倍。研究發(fā)現(xiàn)包括俄羅斯及東歐部分國(guó)家在內(nèi)的高緯國(guó)家裝機(jī)容量潛力較低。原因是隨著緯度的增高，太陽(yáng)入射角將降低，為最大化對(duì)太陽(yáng)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(yáng)能光伏的安裝密度下降；以及高緯度地區(qū)太陽(yáng)輻射資源明顯不具有經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)性的區(qū)域比例較高。

（A）“一帶一路”沿線國(guó)家太陽(yáng)能光伏年發(fā)電潛力；

（B）光伏裝機(jī)潛力

研究進(jìn)一步展示了太陽(yáng)能光伏發(fā)電容量因子的空間分布，容量因子為光伏組件年發(fā)電量與其年額定最大發(fā)電水平的比值。在裝機(jī)規(guī)模相同的前提下，容量因子高的區(qū)域發(fā)電量和投資回報(bào)率高，因此容量因子可用于評(píng)判太陽(yáng)能光伏發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性。高海拔的青藏高原地區(qū)容量因子高達(dá)27%，然而，開(kāi)發(fā)該區(qū)域優(yōu)勢(shì)資源需要配套的電網(wǎng)設(shè)施將太陽(yáng)能電力傳輸?shù)截?fù)荷中心?？紤]到輸電成本和建設(shè)難度，短期內(nèi)開(kāi)發(fā)青藏高原的太陽(yáng)能電力可能性較低。也門(mén)、阿曼、沙特阿拉伯、埃及等西亞國(guó)家因輻射水平高，容量因子也十分具有競(jìng)爭(zhēng)力。

“一帶一路”沿線國(guó)家容量因子分布情況

結(jié)果表明，開(kāi)發(fā)容量因子大于23.2%的地區(qū)的優(yōu)勢(shì)太陽(yáng)能發(fā)電資源即可滿(mǎn)足2030年“一帶一路”地區(qū)的用電需求；若開(kāi)發(fā)規(guī)模擴(kuò)大到容量因子高于21.9%的資源優(yōu)勢(shì)區(qū)，則全球2030年的電力需求將得到滿(mǎn)足。與之對(duì)照，中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電2015年的平均容量因子為12.9%。容量因子最高的地區(qū)分布在青藏高原，其太陽(yáng)能發(fā)電資源優(yōu)勢(shì)突出；獨(dú)聯(lián)體國(guó)家僅有16.4%發(fā)電潛力的容量因子超過(guò)16.0%，反映出這些國(guó)家的太陽(yáng)能資源較差。西亞地區(qū)的容量因子分布在15.4%到22.6%之間，該地區(qū)年發(fā)電潛力高達(dá)208.7萬(wàn)億千瓦時(shí)，占“一帶一路”地區(qū)總潛力的46.5%。受自然條件影響，西亞地區(qū)光伏組件表面灰塵的積聚可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)電效率和容量因子的顯著降低。該區(qū)域沙漠國(guó)家水資源的相對(duì)匱乏導(dǎo)致光伏組件的水洗較為困難，但靜電式除塵、涂層技術(shù)等自清潔方法的開(kāi)發(fā)有望為該問(wèn)題提供解決方案。

（A）年發(fā)電潛力隨容量因子分布圖;

（B）累計(jì)光伏發(fā)電潛力隨容量因子開(kāi)發(fā)下限分布圖

研究發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能潛力分布具有空間不均衡性。從區(qū)域?qū)用婵?，西亞和東亞國(guó)家的年發(fā)電潛力最大，太陽(yáng)能發(fā)電潛力分別達(dá)到207.7和122.0萬(wàn)億千瓦時(shí)，合計(jì)占“一帶一路”太陽(yáng)能發(fā)電潛力的73.4%。而獨(dú)聯(lián)體國(guó)家和中東歐國(guó)家的潛力則分別為4.7和1. 5萬(wàn)億千瓦時(shí)。從國(guó)家層面看， 66個(gè) “一帶一路” 國(guó)家中有63個(gè)國(guó)家的用電量?jī)H占全區(qū)域的30.1%，但太陽(yáng)能發(fā)電潛力占比高達(dá)70.7%。這為 “一帶一路” 框架下的合作提供了契機(jī)：通過(guò)跨國(guó)技術(shù)轉(zhuǎn)讓、經(jīng)驗(yàn)人才輸出與區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)等合作形式，太陽(yáng)能資源優(yōu)勢(shì)的國(guó)家可以通過(guò)跨國(guó)市場(chǎng)將富裕太陽(yáng)能電力輸出到電力短缺的國(guó)家。中國(guó)、美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、印度等國(guó)家的光伏發(fā)電市場(chǎng)具有成熟的市場(chǎng)規(guī)模、豐富的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，可與 “一帶一路” 國(guó)家合作開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的大范圍推廣，其成本將持續(xù)下降，會(huì)有力推動(dòng) “一帶一路” 地區(qū)太陽(yáng)能的大規(guī)模開(kāi)發(fā)與合作。由此帶來(lái)的規(guī)模效應(yīng)和轉(zhuǎn)換效率的提升則將進(jìn)一步降低太陽(yáng)能發(fā)電的平準(zhǔn)化度電成本，增強(qiáng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的競(jìng)爭(zhēng)力。

太陽(yáng)能發(fā)電潛力-電力消費(fèi)洛倫茲曲線

“一帶一路”太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用仍需克服諸多障礙。除發(fā)電成本競(jìng)爭(zhēng)力不足和存在制度、商業(yè)等風(fēng)險(xiǎn)外，太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有的波動(dòng)性和不確定性為電網(wǎng)調(diào)度帶來(lái)了挑戰(zhàn)，尤其在電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的缺電地區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)，利用“一帶一路”沿線國(guó)家所覆蓋的多時(shí)區(qū)和天氣條件，區(qū)域的電網(wǎng)互聯(lián)可提高“一帶一路”太陽(yáng)能投資的整體經(jīng)濟(jì)性。研究設(shè)想了分布在埃及、伊朗、印度、蒙古的首都以及中國(guó)甘肅省省會(huì)城市蘭州這五個(gè)“一帶一路”重要節(jié)點(diǎn)城市附近的光伏電站的互聯(lián)情景。研究分析表明，通過(guò)電網(wǎng)傳輸具有互補(bǔ)性的太陽(yáng)能電力以滿(mǎn)足系統(tǒng)總體電力需求將降低太陽(yáng)能電力供給、電力需求和凈負(fù)荷的日內(nèi)波動(dòng)性，推動(dòng)凈負(fù)荷的峰谷差和最大爬坡速率明顯下降。通過(guò)電網(wǎng)互聯(lián)輸送太陽(yáng)能電力將降低太陽(yáng)能波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)的沖擊，從而減少對(duì)電力系統(tǒng)中其它發(fā)電機(jī)組快速響應(yīng)能力的需求。

（A）五個(gè)獨(dú)立電站分別滿(mǎn)足30%城市電力負(fù)荷的太陽(yáng)能供給曲線及太陽(yáng)能互聯(lián)滿(mǎn)足30%系統(tǒng)總負(fù)荷的供給曲線；（B）五個(gè)城市的日電力需求曲線及系統(tǒng)總電力需求曲線；（C）五個(gè)城市的凈負(fù)荷曲線及系統(tǒng)凈負(fù)荷曲線；（D）凈負(fù)荷的小時(shí)-小時(shí)變化（爬坡速率）分布曲線；（A-C分別標(biāo)準(zhǔn)化為實(shí)值與日均值之比，D標(biāo)準(zhǔn)化為實(shí)值與凈負(fù)荷日均值之比。）

目前，全球超過(guò)55%的溫室氣體排放來(lái)自“一帶一路”國(guó)家，預(yù)計(jì)該比例在未來(lái)將持續(xù)上升。使用化石能源驅(qū)動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)將為限制全球溫升帶來(lái)艱巨挑戰(zhàn)?！耙粠б宦贰笨焖僭鲩L(zhǎng)的電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求為區(qū)域能源轉(zhuǎn)型提供了機(jī)會(huì)。研究揭示的“一帶一路”國(guó)家太陽(yáng)能發(fā)電潛力與合作機(jī)遇為“一帶一路”國(guó)家擺脫傳統(tǒng)“高碳”發(fā)展路徑指明了方向。