4%的太阳能潜力即可满足“一带一路”用电需求丨CellPress论文速递

太阳能发电将有望为“一带一路”建设提供可持续的绿色能源。在6月27日发表在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule（《焦耳》）上的一项研究中，中国和美国的研究人员组成的团队首次量化了“一带一路”沿线国家的太阳能光伏发电潜量。研究人员发现，该地区太阳能资源丰富，只需开发不到4%的太阳能潜力即可满足沿线国家2030年的电力需求。

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中国政府于2013年提出“一带一路”发展倡议，旨在促进区域的共赢发展。其中，“一带”指的是丝绸之路经济带， “一路”指的是21世纪海上丝绸之路。“一带一路”两条发展带从中国出发，将亚洲与欧洲、非洲连接在一起。至今为止，共有120余个国家参与其中。

“一带一路”沿线国家正值经济快速发展期，密集的工程项目伴随着对能源的大量需求，特别是电力基础设施建设工程。此外，大部分“一带一路”沿线国家都是发展中国家，许多国家仍存在大量缺电少电地区。为提高电力普及率和驱动经济增长，沿线国家对于电力的需求预计将会进一步急剧增加。然而，当前电力基建投资以传统化石能源发电为主，其温室气体排放为实现《巴黎协定》中的温控目标带来了艰巨挑战。

清华大学环境学院副教授、论文通讯作者鲁玺表示：“如果我们仍然依靠传统化石能源， “一带一路”区域的碳排放将会显著增加。新建的传统化石能源发电厂将在其未来长达几十年的服役期内持续地排放二氧化碳，而非仅在建设期暂时排放。这样的发展是不可持续的。如果想要减排和实现《巴黎协定》中的气候目标，我们需要使用新能源。”

许多“一带一路”沿线国家有很好的光照条件，尤其是南亚和西亚地区。研究团队首次量化评估了“一带一路”沿线66个国家的太阳能光伏发电潜力。该项研究采用NASA GEOS-5四维同化数据，在小时尺度上系统地量化评估了光伏发电的空间差异化因素，揭示了发电潜力的时间、空间分布特征。

研究发现，“一带一路”沿线国家太阳能光伏年发电潜力总量达448.9万亿千瓦时，相当于2016年该区域电力总需求的41.3倍。开发利用3.7%的光伏发电潜力即可满足整个地区2030年的电力需求，相应的光伏发电装机规模为7.8万亿瓦，投资额约11.2万亿美元，土地需求88,426平方公里，相当于中国国土面积的0.9%。

哈佛大学Gilbert Butler环境研究学教授Michael McElroy，该研究的共同通讯作者说：“这是一笔很大的投资，但是光伏发电站投入运营后，太阳能发电产生的电力几乎是零成本的。而且随着技术的发展，太阳能发电的度电成本正在迅速下降。我们预测在未来十年内，就成本而言，太阳能发电将能与化石能源竞争。”

该研究还揭示了太阳能潜力与电力需求的不匹配。66个“一带一路”沿线国家中有63个国家的用电量仅占全区域的30.1%，但太阳能发电潜力占比高达70.7%。这为“一带一路”框架下的太阳能合作提供了契机：太阳能资源优势国家可以通过跨国市场将富裕太阳能电力输出到电力短缺的国家，因此各国的通力合作变得尤其重要。

鲁玺教授表示，这将是推行这一提议的一个难点：“各个国家的发展阶段不一样，有各自的发展重点，也并不是所有国家都有稳定的融资渠道。但“一带一路”倡议是一个机会，它为国际合作打造了平台，也有银行与基金会愿意为绿色能源的开发合作提供资金保障。我相信“一带一路”框架下的太阳能合作会逐步开展。”

该研究发现，利用“一带一路”沿线国家所覆盖的多时区和天气条件，区域的电网互联可提高“一带一路”太阳能投资的整体经济性，降低太阳能光伏发电波动性和不确定性为电网调度带来的挑战。通过电网传输具有互补性的太阳能电力以满足区域总体电力需求，将降低太阳能电力供给、电力需求和净负荷的日内波动性，显著减小净负荷的峰谷差和最大爬坡速率。

该研究的第一作者陈诗表示：“太阳能电力的互联将减少对电力系统中其它发电机组快速响应能力的需求，降低太阳能波动性对电网的冲击。这一优势与‘一带一路’倡议中‘设施联通’的核心理念不谋而合。在全球能源互联网的大背景下，太阳能发电在跨国乃至跨区域电力互联互通的浪潮中必将迎来全新的发展机遇。”

该研究结论对“一带一路”区域太阳能的开发与合作意义重大。中国工程院院士，清华大学环境学院教授，该研究的共同作者郝吉明说：“‘一带一路’快速增长的电力基础设施建设需求为太阳能发电的大规模开发利用提供了机会。研究揭示的‘一带一路’国家太阳能发电潜力与合作机遇为‘一带一路’沿线国家摆脱传统发展路径，实现经济增长和高碳排放的脱钩指明了方向。”

论文主要作者

通讯作者 鲁玺 教授

副教授，博士生导师。2017获国家基金委优青项目资助。2011年在哈佛大学获得博士学位，先后被哈佛大学聘为副研究员、讲师。长期开展低碳能源与大气环境复杂系统建模研究，完善了多系统耦合协同发展机制与理论，以及其与大气污染的协同控制策略。在国际高水平期刊上发表SCI/SSCI论文33篇，其中5篇以第一或通讯作者发表于Science、PNAS、Nature Energy和Nature Communications等国际顶级期刊。担任SCI期刊Energy Strategy Reviews编辑，iScience, Renewable & Sustainable Energy Reviews编委。中国环境科学学会青年科学家分会副主任委员、秘书长，中国科学技术协会第369次青年科学家论坛执行主席，是留美青年环境学者论坛共同创始人。荣获首届中国环境科学学会青年科学家奖（金奖）与第十五届中国青年科技奖等奖项。

第一作者 陈诗

清华大学环境学院在读博士生。2017年6月毕业于南开大学环境科学与工程学院，获理学和管理学双学士学位。主要研究领域为可再生能源系统建模与资源评估。清华大学“未来学者”奖学金获得者。

相关论文信息

论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文

论文标题：

The Potential of Photovoltaics to Power the Belt and Road Initiative

论文网址：

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30275-2

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.06.006

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