环境学院鲁玺课题组合作揭示屋顶光伏可部署潜力
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清华新闻网7月18日电（通讯员 施劢）近日，清华大学环境学院、碳中和研究院鲁玺教授课题组与美国密歇根大学迈克尔·T. 克雷格（Michael T. Craig）教授团队联合，在揭示屋顶光伏可部署潜力方面取得新的研究成果。研究通过耦合高分辨率遥感机器学习分析、建筑用电负荷模拟与技术经济优化模型，系统量化了中国367座城市的屋顶光伏技术潜力、经济可行性及可部署潜力，揭示了其在空间分布、建筑类型和政策约束下的显著异质性，并提出了基于光伏价值与碳减排效益的差异化部署路径，对屋顶光伏规划与政策制定具有重要指导意义。
分布式屋顶光伏是推动能源低碳化与电力系统灵活性提升的关键组成部分。然而，过去大多数研究仅关注光伏的技术潜力或经济潜力，忽视了用户的实际用电特征与电网接入限制对屋顶光伏可部署规模的约束。该研究首先基于高分辨率的遥感-机器学习模型，构建了精细化的屋顶可用面积与发电潜力数据，估算出中国屋顶光伏技术潜力约为2785GW；随后模拟不同建筑类型（住宅、公共、工业、农村）在367座城市的年化小时负荷，并在自消费率、爬坡率和馈网峰值三重约束下，采用技术经济优化模型确定可部署规模。
研究结果表明，中国屋顶光伏可部署潜力为1173GW，仅占技术潜力的42%。其中，工业与公共建筑凭借高自消纳能力和负荷-发电时序协同性，贡献了超过一半的可部署潜力；住宅和农村建筑由于白天用电不足和电网接入受限，可部署比例较低。空间分布上，沿海及中部省会城市的可部署潜力比例明显高于西部及农村地区。基于光伏项目经济价值（Value of Solar）与碳减排效益，研究进一步构建了对应2025年、2030年和2035年部署目标的优先级路径，为不同区域和建筑类型的策略制定提供了量化依据。
图1.中国屋顶光伏（RPV）技术潜力分布及其与城市尺度电力需求之比：（a）光伏容量因子分布；（b）公里尺度屋顶光伏技术潜力；（c）城市尺度技术潜力与需求之比；（d）按城市等级分组的TPOD比率箱线图；（e–h）不同建筑类型在城市尺度的技术潜力-需求比率：（e）城市居民建筑；（f）公共建筑；（g）工业建筑；（h）农村建筑
图2.城市尺度可部署潜力与需求之比的空间分布：（a）总屋顶光伏可部署潜力与电力需求之比；（b）城市居民建筑、公共建筑、工业建筑、农村建筑可部署潜力与需求比例
7月14日，相关研究成果以“揭示中国城市尺度屋顶光伏可部署潜力”（Unveiling Deployable Rooftop Solar Potential Across Chinese Cities）为题发表于《自然·城市》（Nature Cities）。清华大学环境学院2024届博士毕业生、密歇根大学博士后施劢为论文第一及通讯作者，鲁玺与迈克尔·T. 克雷格（Michael T. Craig）为论文共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金和碳中和与能源系统转型（CNEST）项目支持。
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