栏目简介

 “城规学术”栏目不定期推送北京大学城市规划与设计学院各研究方向的最新研究成果，让大家了解学院最新学术动态。

编者按：

 SUMMARY

       全球已达成共识，利用光伏（PV）技术解决气候变化、化石燃料储量减少和能源结构转型等问题。随着光伏项目日益发展，对土地资源的需求增加，土地的有效利用变得至关重要。深入研究光伏发电与土地的相互作用，最大限度提升光伏发电潜力和优化土地利用率至关重要。然而，对光伏应用各类土地的深入研究仍有限。

本研究全面分析了中国的土地和水域分类标准和政策，深入研究了不同土地类型的光伏机遇、现状和挑战。结果显示，农业、渔业和林业光伏互补模式的协同应用激增，占所有研究的76%。在政策推动下，屋顶光伏研究显著增长，而在荒芜土地应用的研究仅占总数的2%。这为未来的探索提供了更加明确的方向，为光伏+土地战略提供宝贵见解，有望带来生态和经济红利，促进光伏土地使用规划、管理和决策。

       本文由：北京信息科技大学高端信息技术产业研究院助理教授宋晨晨、香港理工大学建筑环境与能源工程系博士后研究员郭直灵、西安交通大学人居环境与建筑工程学院博士刘政光、国家开发投资集团有限公司高级工程师张宏运、大阪大学科学工业研究所助理教授刘冉、北京大学城市规划与设计学院助理教授张浩然合作完成。

引言

Introduction

      在全球政策和技术推动下，可再生能源发电迎来大规模发展，到2022年总容量将达3382千兆瓦。欧盟设定2027年光伏发电超越煤炭发电，成为全球领导者，并制定2050年减少80-95%温室气体排放的目标。本研究关注光伏与中国不同土地类型的结合，通过调查光伏与各地的相互作用，打开更多的机遇、现状和挑战的全景视角。研究强调了在推进光伏发展的同时优化土地资源利用效率，呼吁加强对废弃土地和沿海水域的光伏部署研究。提供的见解将指导创新战略、明智决策和可持续规划，对实现“碳峰值”和“碳中和”,优化土地利用以及产生社会和经济效益具有重要价值。

论文的主要贡献如下：

（1）分析中国土地分类中的光伏机遇与挑战。

（2）揭示耕地、湿地和林地对光伏发电的限制。

（3）强调废弃土地和沿海海洋光伏项目。

（4）探索创新的 "光伏+土地 "方法。

（5）全面研究中国不同的光伏土地类型。

图示情况

illustration

      为了研究光伏技术在不同类型土地上的应用，首先是定义土地资源的分类。图1展示了中国在组织土地利用规划方面所做的重大努力，包括自1984年以来进行了三次国家土地利用规划的准备和修订，这些工作对建立土地规划分类系统起到了重要作用。

图 1. 几项具有代表性的土地利用和分类政策的时间表

      其次探讨了不同类型的土地资源用于光伏的情况。农业用地包括耕地、园地、林地、牧地及其他用于农业生产的土地；建设用地包括商业用地、服务业用地、仓储用地、居住用地、公共行政和公共服务用地、公共设施用地、绿地、交通用地、工矿用地等；水域用地包括海洋、河流、湖泊、水库等；未利用土地主要包括沙地、滩涂和盐碱地。图2展示了本研究的框架及土地和水域分类系统。

图 2. 水土分类系统和框架

       第三讨论了水面光伏情况。水面光伏（WPV）设立在海洋、池塘、中小型湖泊、水库、水槽以及煤矿采空区的水面上。图3-a展示了通常被称为WPV的光伏系统分布，广义上讲，这些是长时间暴露于水面的光伏系统，没有严格的定义。中国在WPV方面实现了世界上最高的总装机容量，其中大部分位于东部地区。这种分布在图3-b中明显可见。从2016年到2019年，中国的WPV面积从33.4平方公里扩展到165.0平方公里，装机面积最多的前三个省份分别是江苏（51.5平方公里）、安徽（33.7平方公里）和浙江（16.9平方公里）。

图 3. 2019 年中国水上光伏（WPV）园区分布

       第四探讨了光伏+的模式。中国的西部地区拥有大约130万平方公里的沙漠、戈壁和滩涂。在这些地区，"光伏+治沙+农业+旅游"模式将光伏发电与沙漠治理、生态复苏和旅游相结合。光伏板下栽种了草乌、甘草和紫花苜蓿等经济作物，同时鸡和羊在板间自由漫步。在沙漠化严重的地区，种植如泡桐木这类植物的“草方块”有助于稳定沙土。图4展示了这一模式的示意图。

图 4. "光伏+治沙+农业+旅游 "模式

(A) "电网 "治沙；(B) 发电；(C) 光伏组件下的种植；(D) 光伏阵列下的牲畜放牧；(E) 光伏治沙；(F) 光伏+旅游。(E) 光伏治沙；(F) 光伏+旅游

       最后，探讨了盐碱土壤用于"光伏+农学"技术项目。图5展示了位于大同的熊猫电站，该站建在盐碱地上，年发电量达8000万千瓦时。在张北县，通过扶贫基金和企业捐款共建了128个村级扶贫电站，总规模达3848万千瓦，年光伏发电量近6500万千瓦时，收入约6000万元人民币，每年为贫困村庄带来超过40万元的集体收入。

图 5.  (a) 中国盐碱地的分布。(b) 盐碱地地貌。(c) 熊猫光伏电站

结果

Results

      本研究全面回顾了不同类型土地上光伏技术应用的进展，分析了在农地、建筑地、水域和荒漠等地部署光伏的机遇和挑战，目的是优化土地与资源利用。主要结论包括：光伏将退出耕地，优化建筑全过程能耗，加强内河和海上光伏项目管控。在盐碱地、废矿和荒漠等特殊地形上的应用将推动清洁能源和生态保护。中国可为全球提供可再生能源和土地利用提供经验。研究还指出了需进一步探索的领域，如针对不同地形优化太阳能解决方案。

文章信息

Application of photovoltaics on different types of land in China: Opportunities, status and challenges 

Chenchen Song, Zhiling Guo*, Zhengguang Liu, Zhang Hongyun, Ran Liu,Haoran Zhang

Renewable and Sustainable Energy Reviews

DOI:https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.114146

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032123010043

图文：数字清洁城市实验室

编辑：城规记者团

审核：张浩然  邱玉叶