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城市屋顶分布式光伏发电潜力研究——以广东省广州市为例

屋顶光伏,太阳辐射,城市碳达峰

摘要：国家和城市的碳达峰问题正在获得越来越多的关注，清洁能源的应用可有效降低温室气体排放。2019年广州市的能源消费总量为6294万吨标准煤，总用电量为1005.58亿千瓦时，发电量为348.1亿千瓦时，其中火力发电占88.86%，太阳能发电量占2.13%，可见在城市本地发电中，太阳能发电仍有很大的发展空间。降低发电产生的碳排放，就需要增加可再生能源发电的比重，替换掉部分污染排放高的发电机组，同时也可减少部分的外部电力购入。与地面光伏电站相比，屋顶分布式光伏不受用地限制、建设成本更低、建设周期更短，并且相对于紧缺的城市用地，屋顶资源更为丰富，在屋顶安装分布式光伏发电更贴近消费端，可实现“自发自用，余电上网”，能够有效缓解电网的消纳能力。为此，对城市屋顶光伏发展潜力进行评价，对城市未来能源规划发展具有重要参考。本研究基于ArcGIS（地理信息系统）程序对广州市的屋顶面积进行估算，在卫星地图使用测量工具，在采集大量样本后获得屋顶可利用比例，结合广州地面辐射站点的辐射观测资料，由PVsyst（光伏设计系统）输出广州市的最佳安装倾角和倾斜面接收到的辐射，最后得到广州市分布式光伏发电潜力。结果显示：（1）广州市现有3.3亿平方米的屋顶面积，其中生活建筑占比为50%，工业建筑为33%，商业建筑为12%；（2）广州市屋顶可利用系数，居住区为0.8，工业区为0.92，商业区为0.63，中小学、高校、医院、公共设施等可达0.52-0.61；（3）广州市在光伏板的最佳安装倾角时，接收到的辐射量比水平面辐射多5.54%，朝向正南时，辐射量最大，当光伏组件偏离正南方向0-30°时，接收辐射量会有0.2%-1%的减少；（4）最佳安装倾斜角下，分布式光伏的潜在装机容量为29.91-32.59兆瓦，潜在发电潜力为394.3-424.8亿千瓦时，以2020年广州市全社会用电量为参考，可满足39.56%-42.62%的用电需求。因此，城市屋顶资源仍有很大的利用空间。估算发电潜力只是第一步，之后将结合不同城市的相关政策，筛选出需重点推广屋顶光伏的建筑类型和建筑区域，研究如何在“十四五”、“十五五”规划中增加光伏发电的装机量，为城市优化建筑用能和低碳发展提供科学参考。