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我国空气污染使光伏生产潜力降低13%

【 发布时间:2019-07-25 】

  尽管中国政府努力改善空气质量,但部分地区的空气污染仍在恶化,表面太阳辐射的变化似乎正在对中国巨大的太阳能发电阵容造成损害。

  在关于污染对人类健康和中国生态系统的有害影响的许多担忧中,一项研究发现,减少空气污染的新措施将有助于中国充分发挥光伏发电的潜力。 截至去年年底,中国太阳能规模累计达到了174.63吉瓦,远超110吉瓦的光伏发电产能发展目标。按照目前的速度,这个全球最大太阳能市场有望在2030年实现其400吉瓦的装机容量目标,占到一次能源的10%,并支持其实现用非化石燃料发电20%的巴黎气候协议承诺。

  然而,苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)和阿姆斯特丹大学(University of Amsterdam)的科学家们发现,太阳能在国家能源结构中所占的份额不仅取决于安装速度,还受空气污染水平的影响。

  研究人员们分析了1960年至2015年间中国119个测量站的观测日照数据,以估算出在此期间天空变暗的程度。他们将面板的安装角度,即如何倾斜面板以吸收太阳辐射,与所收集数据联系起来。在为了量化空气污染在减少太阳光线方面的作用,将光线变暗水平与工业排放数据加以关联之后,研究人员发现,在55年的研究时间跨度中,太阳辐照度下降了11至15%。

  另一种假设情景

  该研究称,如果中国能够恢复到20世纪60年代的辐射水平,其2016年太阳能发电容量可以产生多出12至13%的电力,相当于额外增加14太瓦时。研究的作者写道,按中国2030年时的预期太阳能发电容量,将得到额外51至74太瓦时的太阳能发电量。并且他们补充说,相应的经济效益可能在2016年达到19亿美元,在2030年达到46至67亿美元。

  受人口因素推动的气溶胶排放和云量变化被认为是导致中国太阳辐射变弱的两个主要因素。空气污染会通过三种方式影响太阳能发电:颗粒物质积聚在光伏电池板上、气溶胶粒子通过散射或吸收太阳辐射的方式相互作用;以及通过如二氧化硫(SO2)与其他污染物的反应引起云层形成,从而增加云的反射率和持续时间,并减少到达地球表面的太阳辐射。

  研究表明,1996年至2010年间,中国估计有91%的二氧化硫排放来自燃煤,并以工业和发电为主。在同一时期,细颗粒物PM2.5的主要成分——黑碳由于住宅和工业用煤(41%)和生物质消耗(33%)而被排放出来。然而,自20世

  纪90年代初以来,随着中国的空气污染控制政策和人口变化,二氧化硫和黑碳的气溶胶排放因素已经下降。

  2013年初,随着数十座城市严重受困于雾霾,中国政府对空气污染宣战,并加大措施,规范PM2.5的排放。根据绿色和平东亚分部(Greenpeace East Asia)的分析,从2013年到2018年,74个主要城市的PM2.5危险气载颗粒数量下降了33%。然而,根据中国生态环境部的数据,从1月到4月,华北被雾霾笼罩的京津冀津地区的污染数据增长了8%。

  虽然这种喜忧参半的结果引发了人们对中国治污战争势头减弱的担忧,但中央政府一直在努力说服观察者,今年减少污染的努力不会放松,因为中国经济将降至1990年以来的最低增长率。

  更多收益

  虽然净化空气需要大量投资,但苏黎世联邦理工学院和阿姆斯特丹大学的研究报告的作者认为,如果更广泛地采用这些污染控制措施,太阳能产能可能会增加并显著抵消污染控制的成本。“所观测到的表面辐射与二氧化硫和黑碳排放之间的关系表明,严格的空气污染控制措施,加上减少化石燃料消耗量,将使表面辐射增加,”发表在Nature Energy上的这份研究这样提出。

  近年来,空气污染及其对太阳能光伏输出的影响已引起研究者们的关注。杜克大学(Duke University)的科学家们与甘地讷格尔印度理工学院(Indian Institute of Technology)和威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin at Madison)的同行们发表的一项研究发现,世界部分地区太阳能电池板上气载颗粒的积聚可能会使能量输出减少四分之一以上,这就包括空气污染极为严重的中国和印度。 苏黎世联邦理工学院气候政策小组的先前研究发现,完全消除电力、运输、工业和家用部门的排放将使中国的所有太阳能系统在2040年每年产生额外的85至158太瓦时电力。这项研究发现,额外增加的太阳能发电量将为中国电力行业带来高达101亿美元的收益。