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科学研究
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我院科研团队揭示太阳能发电系统的不可再生性和高碳排放特征
来源: 作者: 时间:2021-03-26 访问量:


长期以来太阳能电力被视作可再生和低碳能源,在能源结构转型和碳中和等方面扮演着重要的角色。从局部视角看,太阳能发电系统不需要化石资源的投入,因而可以实现所谓的“零碳排放”。然而,近年来学界出现了一些不同的声音,对基于局部实在论视角(local realism-based perspective)的研究结果提出了质疑,指出太阳能电力作为可再生能源所隐含的不可再生性和高碳排放特征,目前此类分析大多停留于定性层面,未能给出定量化的依据。如何从定量化角度衡量太阳能发电系统的可再生性和低碳效益,对于我国中长期能源结构转型和2030碳中和目标的实现具有极其重要作用。

针对上述问题,学院科研团队联合北京大学、剑桥大学、国王阿卜杜拉大学等多所高校学者,在国际权威学术期刊Renewable and Sustainable Energy ReviewsIF=12.11)连续发文,针对太阳能发电系统的可再生性和低碳效益展开了定量评估,指出太阳能发电系统的能源成本远高于其发电量,且拉动的供应链碳排放量极为显著,研究结果在一定程度上颠覆了大众对于可再生能源的认知,为我国中长期可再生能源的规划提供了新的视角。

八达岭塔式太阳能发电站图片(来源于网络)

第一篇论文题为“A unified ecological assessment of a solar concentrating plant based on an integrated approach joining cosmic exergy analysis with ecological indicators”,该文章首次基于宇宙热机?值理论对太阳能发电系统展开了生态热力学统一核算,模拟了太阳能发电系统的?流过程并计算了各项生态指标。作为表征与热力学平衡之间距离的指标和驱动地球系统最根本的自然资源,?为度量不同形式的物质流、能量流和信息流提供了统一的测度;谏攘ρ?分析的统一度量结果表明,太阳能发电系统的资源总投入远远超过其电力供给,发电系统需要连续运行不少于二十八年方能获得正向的生态效益,研究结果从热力学角度为太阳能发电系统不可能具有100%可再生性这一论断提供了有力支持。


太阳能发电系统?流示意图


第二篇论文题为“Is solar power renewable and carbon-neutral: Evidence from a pilot solar tower plant in China under a systems view”,本研究以国内典型塔式太阳能发电站(位于北京延庆八达岭地区)为例,基于系统性视角(而非局部实在论视角)探讨了太阳能发电系统的“可再生”和“碳中性”特征。研究结果显示,太阳能发电系统的不可再生能源成本相当于电力产出的1.6倍,拉动的生产链碳排放量高达每千瓦时0.6千克二氧化碳当量,表明了太阳能发电的不可再生性和高碳排放特征。不过,与传统燃煤发电系统相比,太阳能电力仍不失为一种有效的替代能源,其不可再生能源成本相当于燃煤发电系统的55%,单位碳排放量则相当于燃煤发电系统的64%。

系列工作所提出的研究模型和指标体系具有极强的普适性和一般性,可以广泛用于评估流域系统生态服务价值、水土流失量、肥力侵蚀效应、水体质量以及典型生态工程的生态效益。后续工作拟将生态热力学核算体系和系统生态体现分析方法应用于典型流域系统、林业工程、湿地工程的生态和社会经济效益核算及分析。


作者:吴旭东      审稿:张志强

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