碳中和目標(biāo)下鄂爾多斯地區(qū)的光伏發(fā)電路徑情景分析

收稿日期：2023-04-27

基金項(xiàng)目：2022年鄂爾多斯市產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目；鄂爾多斯市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（YF20232303）

通信作者：張弦（1983—），男，博士、教授，主要從事碳中和與固廢綜合利用方面的研究。hnuzx1101@163.com

DOI： 10.19911/j.1003-0417.tyn20230427.04 文章編號(hào)：1003-0417（2024）04-20-09

摘 要：首先根據(jù)土地面積和光伏發(fā)電量情況，采用靜態(tài)法分析了鄂爾多斯地區(qū)的光伏發(fā)電潛力；然后結(jié)合鄂爾多斯火力發(fā)電量、煤炭消耗量和光伏發(fā)電量分析了鄂爾多斯地區(qū)能源消耗數(shù)據(jù)；最后根據(jù)中國(guó)的碳中和目標(biāo)，同比測(cè)算鄂爾多斯地區(qū)碳中和目標(biāo)下的電力目標(biāo)、煤炭目標(biāo)和光伏發(fā)電項(xiàng)目投資目標(biāo)。分析結(jié)果顯示：1）在鄂爾多斯地區(qū)光伏發(fā)電可利用土地面積為3.7萬(wàn)km2的情況下，光伏發(fā)電裝機(jī)容量為14.8億kW時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1.92×104億kWh的光伏發(fā)電量；2）當(dāng)鄂爾多斯地區(qū)2060年的總電力需求量3900億kWh均由光伏發(fā)電來(lái)滿(mǎn)足時(shí)，需要建設(shè)光伏電站的土地面積為7500 km2，僅為該地區(qū)光伏發(fā)電可利用土地面積的20%，即通過(guò)光伏發(fā)電可實(shí)現(xiàn)鄂爾多斯地區(qū)碳中和電力目標(biāo)；3）為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，鄂爾多斯地區(qū)的光伏電站和儲(chǔ)能系統(tǒng)投資總額占該地區(qū)人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的比重將達(dá)到21%，通過(guò)加強(qiáng)金融和政策引導(dǎo)，方可實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；鄂爾多斯；碳中和；情景分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2022年鄂爾多斯地區(qū)的人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）是中國(guó)平均水平的3倍，萬(wàn)元GDP能耗是中國(guó)平均水平的4.2倍，人均碳排放量達(dá)到中國(guó)平均水平的6.9倍[1]。根據(jù)《鄂爾多斯市“十四五”能源綜合發(fā)展規(guī)劃》[2]，該地區(qū)的煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的比重由2020年的87.52%降至2025年的78.00%以下；而《中華人民共和國(guó)2022年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，全國(guó)煤炭消費(fèi)量?jī)H占能源消費(fèi)總量的56.2%。由此可見(jiàn)，即使鄂爾多斯地區(qū)實(shí)現(xiàn)該煤炭消費(fèi)比重目標(biāo)，其煤炭消費(fèi)比重仍然較高。

雖然在碳中和目標(biāo)下，鄂爾多斯地區(qū)面臨巨大的碳排放和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型壓力，但該地區(qū)的太陽(yáng)能資源較豐富，適于發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)。本文針對(duì)碳中和目標(biāo)下的鄂爾多斯地區(qū)光伏發(fā)電路徑情景進(jìn)行分析，首先根據(jù)土地面積和光伏發(fā)電量情況，采用靜態(tài)法分析了鄂爾多斯地區(qū)的光伏發(fā)電潛力；然后結(jié)合燃煤電廠發(fā)電量、煤炭消耗和光伏發(fā)電量分析鄂爾多斯地區(qū)能源消耗情況；最后根據(jù)中國(guó)的碳中和目標(biāo)，對(duì)鄂爾多斯地區(qū)碳中和目標(biāo)下的電力目標(biāo)、煤炭目標(biāo)和光伏發(fā)電項(xiàng)目投資目標(biāo)等進(jìn)行同比測(cè)算。

1" 鄂爾多斯地區(qū)的光伏發(fā)電潛力分析

1.1 鄂爾多斯地區(qū)光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度

鄂爾多斯市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，地處鄂爾多斯高原腹地，東西長(zhǎng)約為400 km，南北寬約為340 km，總土地面積約為8.7萬(wàn)km2。鄂爾多斯市境內(nèi)有5類(lèi)地貌，分別為平原、丘陵、波狀高原、沙地和沙漠，這5種地貌分別占總土地面積的比例為4.33%、18.91%、28.81%、28.78%和19.17%；其中，沙地與沙漠的總占地面積達(dá)到48%[3]。

根據(jù)2023年內(nèi)蒙古自治區(qū)第6次荒漠化和沙化土地監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，鄂爾多斯地區(qū)荒漠地（包括沙地、沙漠、部分丘陵和波狀高原）占總土地面積的88.5%，達(dá)7.7萬(wàn)km2。根據(jù)《內(nèi)蒙古日?qǐng)?bào)》[4]的報(bào)道，鄂爾多斯地區(qū)光伏發(fā)電可利用土地面積達(dá)3.7萬(wàn)km2，占鄂爾多斯總土地面積的42.5%，占荒漠地土地面積的48.1%。根據(jù)2024年發(fā)布的《鄂爾多斯市新能源發(fā)展行動(dòng)方案（2024—2025年）》，鄂爾多斯地區(qū)可利用的沙地和沙漠土地面積達(dá)4.33萬(wàn)km2，除已建、在建和已規(guī)劃新能源基地（裝機(jī)容量約為1000 kW）外，全市還有新能源開(kāi)發(fā)潛力超2.4億kW，其中光伏發(fā)電可開(kāi)發(fā)規(guī)模約為2億kW、風(fēng)電可開(kāi)發(fā)規(guī)模約為4000萬(wàn)kW。目前，鄂爾多斯地區(qū)可用于建設(shè)光伏電站的土地面積存在3.7萬(wàn)km2和4.33萬(wàn)km2這兩種說(shuō)法，兩者相差不大，考慮到沙地存在部分不可開(kāi)發(fā)土地，取3.7萬(wàn)km2較為合理。在鄂爾多斯地區(qū)光伏發(fā)電可利用土地面積為3.7萬(wàn)km2的情況下，當(dāng)光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模為2億kW時(shí)，可計(jì)算得到光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度為5.4 MW/km2，僅為常規(guī)光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度（約為50 MW/km2）的1/9左右，可見(jiàn)數(shù)據(jù)較為保守。

1.2 鄂爾多斯地區(qū)的光伏發(fā)電量

根據(jù)GB 50797—2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》[5] ，光伏電站的年發(fā)電量Ep的計(jì)算式為：

Ep=HAK" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

式中：HA為水平面太陽(yáng)總輻射量，kWh/m2，取值也可為峰值小時(shí)數(shù)；Es為標(biāo)準(zhǔn)條件下的太陽(yáng)輻照度，kW/m2，取值1；PAZ為光伏組件裝機(jī)容量，kW；K為綜合效率系數(shù)。

1.2.1 鄂爾多斯地區(qū)峰值小時(shí)數(shù)

太陽(yáng)能資源Ⅱ類(lèi)地區(qū)的年均日照小時(shí)數(shù)為3000～3200 h，年均太陽(yáng)總輻射量在1630～1860 kWh/m2。鄂爾多斯位于內(nèi)蒙古自治區(qū)南部，其年平均日照小時(shí)數(shù)可達(dá)3000 h。當(dāng)該地區(qū)的光伏組件的最佳安裝傾角為37°時(shí)，根據(jù)Meteonorm8.0軟件提供的數(shù)據(jù)顯示，鄂爾多斯地區(qū)的年均水平面太陽(yáng)輻射量為1578 kWh/m2、年均斜面太陽(yáng)總輻射量為1905 kWh/m2、年均法向太陽(yáng)直接輻射量為1685 kWh/m2，具體如圖1所示。根據(jù)圖1相關(guān)數(shù)據(jù)可計(jì)算得到鄂爾多斯地區(qū)的峰值小時(shí)數(shù)為1905 h。

圖1" Meteonorm8.0軟件提供的鄂爾多斯地區(qū)的

年均太陽(yáng)輻射量情況

Fig. 1" Annual average solar radiation in the Ordos region by software Meteonorm8.0

1.2.2 光伏電站裝機(jī)容量

根據(jù)PVsyst軟件仿真模擬，在鄂爾多斯高原建設(shè)光伏電站時(shí)，光伏組件的最佳安裝傾角為37°，在此最佳安裝傾角下，建設(shè)1 MW光伏電站所需土地面積為2.5萬(wàn)m2，光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度達(dá)到40000 kW/km2，則鄂爾多斯地區(qū)可建設(shè)光伏電站的裝機(jī)容量為14.8億kW。該數(shù)值約為前述2億kW的7.4倍，由此可知，光伏發(fā)電裝機(jī)容量空間較為充足。

1.2.3 光伏電站綜合效率系數(shù)

影響光伏電站綜合效率系數(shù)[6]的因子主要有：1）光伏組件類(lèi)型修正系數(shù)K1；2）光伏方陣的傾角、方位角修正系數(shù)K2；3）光伏發(fā)電系統(tǒng)可用率K3；4）光照利用率K4；5）逆變器效率K5；6）集電線(xiàn)路損耗K6；7）升壓變壓器損耗K7；8）光伏組件表面污染修正系數(shù)K8；9）光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率修正系數(shù)K9。

結(jié)合目前投運(yùn)光伏電站的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，光伏電站綜合效率系數(shù)的影響因子取值如表l所示。

表1" 光伏電站綜合效率系數(shù)的影響因子取值

Table 1" Value of influencing factors for comprehensive efficiency coefficient of PV power station

影響因子 取值/%

K1 98

K2 90

K3 98

K4 97

K5 98

K6 97

K7 97

K8 95

K9 93

結(jié)合表1可知，目前投運(yùn)光伏電站的綜合效率系數(shù)取值為68%。

1.2.4 光伏電站年發(fā)電量

綜上可知，若全部利用鄂爾多斯地區(qū)光伏發(fā)電可利用土地面積建設(shè)光伏電站，其年發(fā)電量約為14.8×1905×0.68 ≈ 1.92×104億kWh，可折合為0.52億kWh/km2。按照1 t標(biāo)準(zhǔn)煤可折合為3800 kWh電力計(jì)算，則1萬(wàn)kWh電力可折合2.63 t標(biāo)準(zhǔn)煤，而光伏電站的年發(fā)電量可折合標(biāo)準(zhǔn)煤5.05億t。

根據(jù)以上分析可知，光伏發(fā)電為鄂爾多斯地區(qū)全面實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，僅沙地和沙漠就可以滿(mǎn)足上述光伏建設(shè)土地面積需求。

在此類(lèi)地區(qū)建設(shè)光伏電站可采取“光伏+牧業(yè)”“光伏+沙地治理”等混合業(yè)態(tài)，提高土地利用率，可更好的促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生態(tài)和能源雙效益。此外，還需要國(guó)土資源局、林草局、能源局和工信局等部門(mén)制定光伏行業(yè)的相關(guān)政策和制度，促進(jìn)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2" 鄂爾多斯地區(qū)的能源消耗分析

2.1" 鄂爾多斯地區(qū)的火力發(fā)電量

典型燃煤機(jī)組的煤耗率參考值[7]如表2所示。

表2" 典型燃煤機(jī)組的煤耗率參考值[7]

Table" 2" Reference value of coal consumption rate for typical coal-fired sets

機(jī)組類(lèi)型 新建燃煤機(jī)

組設(shè)計(jì)供電

煤耗率

/（g/kWh） 現(xiàn)役燃煤機(jī)組生產(chǎn)供電煤耗率

/（g/kWh）

平均

水平 先進(jìn)

水平

100萬(wàn)kW級(jí)超超臨界機(jī)組 濕冷 282 290 285

空冷 299 317 302

60萬(wàn)kW級(jí)

超超臨界機(jī)組 濕冷 285 298 290

空冷 302 315 307

60萬(wàn)kW級(jí)超臨界機(jī)組 濕冷 303

（循環(huán)流化床） 306 297

空冷 320

（循環(huán)流化床） 325 317

60萬(wàn)kW級(jí)亞臨界機(jī)組 濕冷 320 315

空冷 337 332

30萬(wàn)kW級(jí)超臨界機(jī)組 濕冷 310

（循環(huán)流化床） 318 313

空冷 327

（循環(huán)流化床） 338 335

30萬(wàn)kW級(jí)亞臨界機(jī)組 濕冷 330 320

空冷 347 337

國(guó)家能源集團(tuán)內(nèi)蒙古上海廟發(fā)電有限公司建設(shè)有4×1000 MW超超臨界間接空冷火電機(jī)組項(xiàng)目，該項(xiàng)目為國(guó)內(nèi)最大火電和千萬(wàn)千瓦級(jí)電力輸出基地項(xiàng)目，采用大容量、高參數(shù)、超超臨界、超凈燃煤發(fā)電技術(shù)、煤電一體、高效節(jié)能、環(huán)保節(jié)水的理念規(guī)劃設(shè)計(jì)，同步建設(shè)煙氣除塵、脫硫、脫硝等環(huán)保設(shè)施，其平均煤耗率可降至271.3 g/kWh。

根據(jù)鄂爾多斯市統(tǒng)計(jì)局[8]數(shù)據(jù)，2022年鄂爾多斯市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)總發(fā)電量為1471.6億kWh，其中，火力發(fā)電量為1399.2億kWh，規(guī)模以上企業(yè)消耗電量為779.4億kWh，大量電力外送，外送比例達(dá)到47%。2023年鄂爾多斯市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)總發(fā)電量為1856.7億kWh，其中，火力發(fā)電量達(dá)1751.9億kWh，僅為可開(kāi)發(fā)可再生能源電力的9.1%，可見(jiàn)實(shí)現(xiàn)煤炭完全被替代是可能的。2023年，該市風(fēng)力發(fā)電量為43.8億kWh、光伏發(fā)電量為41.5億kWh，光伏發(fā)電存在較大的增長(zhǎng)空間。

2.2" 鄂爾多斯地區(qū)的煤炭消耗量

根據(jù)鄂爾多斯市能源局?jǐn)?shù)據(jù)，2022年鄂爾多斯市全年規(guī)模以上煤炭企業(yè)生產(chǎn)原煤7.22億t，就地轉(zhuǎn)化煤炭為1.47億t，外供煤炭量達(dá)到5.75億t。由此可知，就地轉(zhuǎn)化率為18.8%。煤炭就地轉(zhuǎn)化能源產(chǎn)品產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，其中，焦炭為1190.4萬(wàn)t，煤制油產(chǎn)品為354.9萬(wàn)t，其余主要是用于發(fā)電。由此可見(jiàn)，鄂爾多斯煤炭就地消納量不大，且主要用于發(fā)電，比例達(dá)到89%。

2.3" 鄂爾多斯地區(qū)的可再生能源發(fā)電量

據(jù)鄂爾多斯市統(tǒng)計(jì)局[9]數(shù)據(jù)，2021年，鄂爾多斯市電力總裝機(jī)容量為2944.8萬(wàn)kW，其中，可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量占比僅為14.1%。同年，全市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)總發(fā)電量為1300.9億kWh，其中，可再生能源發(fā)電量為40.5億kWh，只占總發(fā)電量的5.1%。由此可知，鄂爾多斯地區(qū)的可再生能源利用率還有待提高。根據(jù)《鄂爾多斯日?qǐng)?bào)》[10]的報(bào)道，2022年鄂爾多斯市可再生能源發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到626萬(wàn)kW，其中，光伏發(fā)電、風(fēng)電、水電和生物質(zhì)發(fā)電的裝機(jī)容量分別為339萬(wàn)、205萬(wàn)、76萬(wàn)和6萬(wàn)kW。由此可知，該地區(qū)可再生能源發(fā)電中光伏發(fā)電的裝機(jī)容量相對(duì)較大。

根據(jù)《鄂爾多斯市“十四五”能源綜合發(fā)展規(guī)劃》[2]，到2025年，可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量力爭(zhēng)達(dá)到5000萬(wàn)kW，可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量占電力總裝機(jī)容量的比重超過(guò)50%，其中，風(fēng)電裝機(jī)容量約為1000萬(wàn)kW，光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到約4000萬(wàn)kW。到2025年鄂爾多斯地區(qū)可再生能源發(fā)電消納率大于35%，可再生能源發(fā)電利用量達(dá)到393.4億kWh。當(dāng)可再生能源發(fā)電量（風(fēng)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等的發(fā)電量）全部由光伏發(fā)電提供時(shí)，在光伏電站年發(fā)電量以0.52億kWh/km2開(kāi)發(fā)強(qiáng)度衡量的情況下，所需的建設(shè)光伏電站的土地面積為756 km2。若2025年鄂爾多斯地區(qū)按照1124億kWh用電量核算，當(dāng)該地區(qū)需要的總電量全部由光伏發(fā)電提供時(shí)，所需的建設(shè)光伏電站的土地面積為2.16萬(wàn)km2，開(kāi)發(fā)58%的光伏發(fā)電可利用土地面積即可滿(mǎn)足本市用電需求，提高光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度至10萬(wàn)kW/km2，可進(jìn)一步減少土地使用面積至0.864萬(wàn)km2，僅占光伏發(fā)電可利用土地面積的23%。

3" 碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑

3.1" 鄂爾多斯地區(qū)碳排放核算

根據(jù)公眾環(huán)境研究中心（IPE）[11]提供的數(shù)據(jù)，2020年鄂爾多斯地區(qū)能源活動(dòng)造成溫室氣體排放量總計(jì)為21245.18萬(wàn)t，其中，能源行業(yè)的碳排放量為10894.62萬(wàn)t，工業(yè)和建筑業(yè)的碳排放量為5054.98萬(wàn)t。在能源行業(yè)的碳排放量中，電力生產(chǎn)的碳排放量為8267.15萬(wàn)t，固體燃料生產(chǎn)（煤炭）的碳排放量為2250.04萬(wàn)t。工業(yè)和建筑業(yè)的碳排放量中，鋼鐵行業(yè)的碳排放量為951.84萬(wàn)t，化工行業(yè)的碳排放量為3879.70萬(wàn)t。此外，外送電力的碳排放量為3294.04萬(wàn)t。因此，鄂爾多斯地區(qū)做好電力、固體燃料生產(chǎn)（煤炭）、鋼鐵和化工等領(lǐng)域的碳中和，即可基本實(shí)現(xiàn)其碳中和目標(biāo)。考慮鄂爾多斯地區(qū)化工領(lǐng)域的碳排放主要為自備電廠的低濃度二氧化碳排放和煤氣化高濃度二氧化碳排放，按照各占50%計(jì)算，排放量均為1940萬(wàn)t。由于高濃度二氧化碳可在采油驅(qū)氣、干冰和富碳農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，因此，重點(diǎn)考慮中和能源行業(yè)低濃度碳排放，可較容易實(shí)現(xiàn)鄂爾多斯地區(qū)的碳中和目標(biāo)。

3.2 鄂爾多斯地區(qū)碳中和電力目標(biāo)

2022年1月，殼牌中國(guó)與殼牌全球能源遠(yuǎn)景團(tuán)隊(duì)在北京發(fā)布《中國(guó)能源體系2060碳中和報(bào)告》[12]，該報(bào)告指出中國(guó)大陸電力在最終能源消費(fèi)的占比將從當(dāng)前的23%提升至2060年的約60%，2060年最終電力消費(fèi)總量將增加兩倍，達(dá)到目前的3倍，建筑業(yè)、輕工業(yè)、道路客運(yùn)等運(yùn)輸業(yè)將基本實(shí)現(xiàn)電氣化，全社會(huì)用電量將達(dá)到25萬(wàn)億kWh。

鄂爾多斯碳中和研究院與北京大學(xué)開(kāi)展合作總結(jié)了2011—2050年中國(guó)風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量趨勢(shì)圖，如圖2所示。

從圖2可以看出：高比例場(chǎng)景下，2030年風(fēng)電和光伏發(fā)電的總裝機(jī)容量可比2020年時(shí)增加5.5倍，到2050年時(shí)則可增加到12.75倍。

按照國(guó)家用電需求進(jìn)行計(jì)算，鄂爾多斯地區(qū)在2060年總的電力需求將達(dá)到2021年鄂爾多斯市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)總發(fā)電量1300.9億kWh的3倍，即約3900億kWh。當(dāng)該電力需求全部以光伏發(fā)電來(lái)滿(mǎn)足時(shí)，需要用于建設(shè)光伏電站的土地面積為 3900/0.52≈7500 km2，光伏發(fā)電可利用土地面積開(kāi)發(fā)比例為7500/37000≈20%，即通過(guò)光伏發(fā)電可實(shí)現(xiàn)鄂爾多斯地區(qū)碳中和電力目標(biāo)。2021年鄂爾多斯市可再生能源發(fā)電量為40.5億kWh，若要滿(mǎn)足2060年達(dá)到3900億kWh的發(fā)電量，還需要3859.5億kWh的發(fā)電量，平均每年需要新增發(fā)電量3859.5/39≈99億kWh，則新增光伏發(fā)電裝機(jī)容量為764萬(wàn)kW。《鄂爾多斯市“十四五”能源綜合發(fā)展規(guī)劃》中純光伏發(fā)電的裝機(jī)容量如表3所示。

表3" 2023—2025年鄂爾多斯地區(qū)可再生能源

發(fā)電裝機(jī)容量規(guī)劃

Table 3" 2023—2025 renewable energy generation installed capacity planning in the Ordos region

年份 可再生能源裝機(jī)容量

/萬(wàn)kW 光伏發(fā)電裝機(jī)

容量

/萬(wàn)kW 風(fēng)光互補(bǔ)裝機(jī)

容量

/萬(wàn)kW 風(fēng)電

裝機(jī)

容量

/萬(wàn)kW 儲(chǔ)能裝機(jī)容量/萬(wàn)kW

2023 548 448 100 79

2024 1419 873 489 57 86

2025 2922.5 430 2335 157.5 760

由表3可知：2023年光伏發(fā)電的裝機(jī)容量為448萬(wàn)kW，2024年達(dá)到873萬(wàn)kW，2025年風(fēng)光互補(bǔ)（風(fēng)光互補(bǔ)中風(fēng)電與光伏發(fā)電的裝機(jī)容量均按50%計(jì)算）中的光伏發(fā)電與純光伏發(fā)電的總裝機(jī)容量超1500萬(wàn)kW。由此可見(jiàn)，2025年預(yù)計(jì)的光伏發(fā)電裝機(jī)容量會(huì)超過(guò)其當(dāng)年實(shí)際裝機(jī)容量。但隨著儲(chǔ)能技術(shù)和光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率的提高，年峰值小時(shí)數(shù)會(huì)略有提升，所需裝機(jī)容量會(huì)降低。

若上述3900億kWh發(fā)電量中，可再生能源發(fā)電比重按照80%計(jì)算，則需達(dá)到3120億kWh的發(fā)電量。若光伏發(fā)電、風(fēng)電和生物質(zhì)發(fā)電的比例按照3：1：1計(jì)算，那么需要的光伏發(fā)電量為1872億kWh，風(fēng)電為624億kWh，生物質(zhì)發(fā)電量為624億kWh。若3900億kWh發(fā)電量中，火電比重按照20%計(jì)算，則僅需780億kWh的發(fā)電量，低于2021年的火電發(fā)電量1235.2億kWh，因此不宜再增加火電裝機(jī)容量，可考慮實(shí)行產(chǎn)能置換方式，以“上大壓小”的方式實(shí)現(xiàn)火電發(fā)電效率的提升或?qū)⒒痣姀S進(jìn)行靈活性改造，用于調(diào)峰，以解決可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定的問(wèn)題。而降低光伏發(fā)電占比，增加風(fēng)電占比，可進(jìn)一步降低土地面積開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，但需要考慮光伏發(fā)電、風(fēng)電和生物質(zhì)發(fā)電的利用效率問(wèn)題。

鄂爾多斯作為全國(guó)能源基地，承擔(dān)著全國(guó)能源輸出的重任。根據(jù)2022年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭生產(chǎn)量達(dá)11.74億t，占全國(guó)煤炭生產(chǎn)總量的26%，其中鄂爾多斯地區(qū)達(dá)8億t，占全國(guó)的19%。2022年鄂爾多斯地區(qū)火電發(fā)電量為1471.6億kWh，而全國(guó)總發(fā)電量為8.4萬(wàn)億kWh，其火電發(fā)電量占全國(guó)總發(fā)電量的1.75%。因此，鄂爾多斯地區(qū)若要繼續(xù)保持其能源在全國(guó)能源中的地位，需要加強(qiáng)電量的外輸比重。若按照10倍的值計(jì)算鄂爾多斯地區(qū)碳中和電力目標(biāo)，其在2060年需要實(shí)現(xiàn)1.5萬(wàn)億kWh的發(fā)電目標(biāo)，屆時(shí)將達(dá)到全國(guó)總發(fā)電量25萬(wàn)億kWh的6%，也意味著該地區(qū)將承擔(dān)更大的發(fā)電責(zé)任。若該目標(biāo)通過(guò)純光伏發(fā)電形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，則需要開(kāi)發(fā)的土地面積達(dá)到 2.88萬(wàn)km2，占光伏發(fā)電可利用土地面積的78%。這一目標(biāo)通過(guò)純光伏發(fā)電模式就可以實(shí)現(xiàn)，但是需要足夠的儲(chǔ)能和外送電網(wǎng)通道進(jìn)行保障，同時(shí)在高光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)強(qiáng)度（10萬(wàn)kW/km2）下實(shí)現(xiàn)較為容易。

3.3" 鄂爾多斯地區(qū)的碳中和煤炭目標(biāo)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年鄂爾多斯地區(qū)規(guī)模以上煤炭企業(yè)生產(chǎn)的原煤量為7.79億t，其中外送量為5.97億t。預(yù)計(jì)2023—2060年期間全國(guó)煤炭消費(fèi)總量將呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，煤炭資源由“燃料型”向“原料型”轉(zhuǎn)變。中國(guó)國(guó)際金融股份有限公司預(yù)測(cè)能源消費(fèi)總量或在2060年達(dá)到67.3億t標(biāo)準(zhǔn)煤[13]。按照能源發(fā)電中火電比重20%計(jì)算，煤炭消費(fèi)總量將達(dá)到13.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤，鄂爾多斯地區(qū)提供全國(guó)煤炭總量的16%，約為2.16億t標(biāo)準(zhǔn)煤，由于鄂爾多斯地區(qū)現(xiàn)有煤炭產(chǎn)量已遠(yuǎn)超這一數(shù)值，因此，預(yù)計(jì)未來(lái)鄂爾多斯地區(qū)的煤炭產(chǎn)量占全國(guó)煤炭總產(chǎn)量占比會(huì)存在一定的上升空間，但后續(xù)有可能會(huì)經(jīng)歷一段時(shí)間的產(chǎn)量壓減。

為了進(jìn)一步提高煤炭綜合利用率，提高煤炭產(chǎn)業(yè)價(jià)值，鄂爾多斯地區(qū)大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)。2021年，煤炭就地轉(zhuǎn)化率接近22%，單位GDP能耗同比下降8.8%。在煤制焦、煤制電石、煤制硅鐵等傳統(tǒng)煤化工行業(yè)外，通過(guò)應(yīng)用煤制甲醇、煤制烯烴、煤制油、煤制氣和煤制芳烴等技術(shù)，走出現(xiàn)代煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展新路徑，助力鄂爾多斯地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展，也為鄂爾多斯碳中和目標(biāo)下煤炭行業(yè)發(fā)展指明了新的方向。

3.4 鄂爾多斯地區(qū)碳中和光伏發(fā)電項(xiàng)目投資目標(biāo)

根據(jù)鄂爾多斯地區(qū)的碳中和電力目標(biāo)，到2060年，需要實(shí)現(xiàn)1.19萬(wàn)億kWh的光伏發(fā)電量目標(biāo)，而2021年現(xiàn)有可再生能源發(fā)電量為40.5億kWh，相當(dāng)于已完成約0.34%的目標(biāo)。假設(shè)2060年可再生能源發(fā)電量目標(biāo)全部由光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)，按照鄂爾多斯年峰值小時(shí)數(shù)1905 h測(cè)算，仍需新建約625 GW裝機(jī)容量的光伏電站，目前規(guī)模化光伏電站建設(shè)成本已達(dá)到歷史新低，未來(lái)隨著技術(shù)迭代和產(chǎn)能快速擴(kuò)張，光伏電站的單瓦建設(shè)成本將會(huì)進(jìn)一步降低。本文以3000元/kW的光伏電站建設(shè)成本進(jìn)行測(cè)算，在不考慮配套儲(chǔ)能設(shè)施、調(diào)峰火電、氫電耦合及特高壓送出等配套工程的情況下，新建625 GW的光伏電站的總投資約為18750億元；規(guī)模化儲(chǔ)能成本約為1200元/kWh，按照15%×2 h儲(chǔ)能配置，儲(chǔ)能設(shè)施的總投資約為2250億元，約為光伏電站投資總額的12%。由于光伏發(fā)電具有不穩(wěn)定性，需配置儲(chǔ)能，根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)支持新型儲(chǔ)能發(fā)展的若干政策（2022—2025年）》[14]要求“保障性并網(wǎng)新能源項(xiàng)目，配建儲(chǔ)能原則上不低于新能源項(xiàng)目裝機(jī)容量的15%，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)2 h；新建市場(chǎng)化并網(wǎng)新能源項(xiàng)目，配建儲(chǔ)能原則上不低于新能源項(xiàng)目裝機(jī)容量的15%，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)4 h以上”。以2022年華朔新能400 MW/800 MWh共享儲(chǔ)能項(xiàng)目為例，其采用磷酸鐵鋰蓄電池，項(xiàng)目總投資為18億元，單位成本約為2250元/kWh，化學(xué)儲(chǔ)能成本相對(duì)于前述測(cè)算高將近1倍，這成為制約新能源大規(guī)模推廣的一個(gè)重要因素。但隨著技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模化利用和低成本儲(chǔ)能方式的發(fā)展，該成本降至1200元/kWh是可行的。

以鄂托克前旗城川鎮(zhèn)光伏發(fā)電項(xiàng)目為例進(jìn)行測(cè)算，該項(xiàng)目的總投資為2500萬(wàn)元，裝機(jī)容量為5 MW，年發(fā)電約為850萬(wàn)kWh，年發(fā)電小時(shí)數(shù)為1700 h，投資成本達(dá)到5000元/kW，發(fā)電成本為2.94元/kWh。該項(xiàng)目的年發(fā)電小時(shí)數(shù)比上文提到的年峰值小時(shí)數(shù)略低，主要是考慮了設(shè)備維修、清洗時(shí)間損耗；而建設(shè)成本相較于3000元/kW略有增加，主要是考慮了項(xiàng)目規(guī)模較小、單價(jià)高，運(yùn)輸與土地租金等因素。因此，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)需要投資約為34867億元，平均每年的投資強(qiáng)度為34867/39≈894億元。若考慮儲(chǔ)能，該投資將增加12%，達(dá)到1000億元左右，折合單價(jià)為1000/99≈10元/kWh。

2021年鄂爾多斯地區(qū)的GDP為4715.7億元，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，光伏電站和儲(chǔ)能系統(tǒng)投資總額占GDP比重將達(dá)到1000/4715.7≈21%。

根據(jù)《鄂爾多斯統(tǒng)計(jì)年鑒2021》，估算得到該地區(qū)2020年的固定資產(chǎn)投資總額約為571億元，制造業(yè)占比21.7%，約為124億元。因此，光伏電站和儲(chǔ)能系統(tǒng)投資總額是制造業(yè)投資總額的1000/124≈8倍。考慮到光伏組件和儲(chǔ)能電池技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，其成本將降低。雖然光伏電站年投資總額占GDP的比重不高，但其卻是制造業(yè)投資總額的8倍。隨著鄂爾多斯地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，GDP和制造業(yè)比重將不斷增加，光伏電站和儲(chǔ)能投資的比重將會(huì)逐步降低。根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》，按照光伏發(fā)電電價(jià)0.2785元/kWh計(jì)算，1 km2土地每年收益可達(dá)到0.52×0.2785=1448萬(wàn)元，而建設(shè)光伏電站需要投資0.52×10=5.2億元，光伏電站按照25年壽命計(jì)算，每年折舊費(fèi)為2080萬(wàn)元，難以實(shí)現(xiàn)盈利。因此需要將光伏發(fā)電可利用土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度由4萬(wàn)kW/km2提高至10萬(wàn)kW/km2，光伏發(fā)電量強(qiáng)度達(dá)到1.3億kWh/km2，則收益可達(dá)3620.5萬(wàn)元，投資按照3000×（1+0.12）=3360元/kW計(jì)算，則投資額為3.36億元/km2，10年折舊可以收回項(xiàng)目投資（不考慮財(cái)務(wù)費(fèi)用）。

綜上所述，光伏電站的投資回報(bào)期較長(zhǎng)，投資金額較大，需要加大政策扶持力度，提高光伏發(fā)電可利用土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，并通過(guò)政策引導(dǎo)、土地優(yōu)惠、電價(jià)優(yōu)惠、利稅優(yōu)惠和碳稅優(yōu)惠等措施，吸引各類(lèi)資本進(jìn)入光伏發(fā)電領(lǐng)域，加快鄂爾多斯地區(qū)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4" 結(jié)論

本文對(duì)碳中和目標(biāo)下鄂爾多斯地區(qū)的光伏發(fā)電路徑情景進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：

1）在鄂爾多斯地區(qū)光伏發(fā)電可利用土地面積為3.7萬(wàn)km2的情況下，光伏發(fā)電裝機(jī)容量為14.8億kW時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1.92×104億kWh的光伏發(fā)電量；

2）當(dāng)鄂爾多斯地區(qū)2060年的總電力需求量3900億kWh均由光伏發(fā)電來(lái)滿(mǎn)足時(shí)，需要建設(shè)光伏電站的土地面積為7500 km2，僅為光伏發(fā)電可利用土地面積的20%，即通過(guò)光伏發(fā)電可實(shí)現(xiàn)鄂爾多斯碳中和電力目標(biāo)；

3） 為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，鄂爾多斯地區(qū)的光伏電站和儲(chǔ)能系統(tǒng)投資總額占GDP比重需達(dá)到21%，通過(guò)加強(qiáng)金融和政策引導(dǎo)，方可實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 鄂爾多斯發(fā)布. 政府工作報(bào)告——2023年1月2日在鄂爾多斯市第五屆人民代表大會(huì)第二次會(huì)議上2023年鄂爾多斯市政府工作報(bào)告[EB/OL].（2023-01-06）. https：//mp.weixin.qq.com/s？__biz=MjM5MjM1MTA1Mw==

amp;mid=2651363070amp;idx=1amp;sn=9da71b3ee779f261bea6db

51da6131abamp;chksm=bd5ba0dc8a2c29caab186e20925dda911

adb7515bd30c459d92c451bfdc95fff871988dcc74damp;scene=27.

[2] 鄂爾多斯市人民政府. 鄂爾多斯市“十四五”能源綜合發(fā)展規(guī)劃[EB/OL].（2022-06-23）. https：//www.ordos.gov.cn/gk_128120/ghjh/lishiguihua/202206/t20220623_3233577.html.

[3] 百度百科. 鄂爾多斯市[EB/OL].[2023-03-15]. https：//baike.baidu.com/item/%E9%84%82%E5%B0%94%E5%A4%9A%E6%96%AF%E5%B8%82/8619677？fr=aladdin.

[4] 郝雪蓮. 追“光”逐“綠”鄂爾多斯在新能源賽道上全力競(jìng)速[N/OL].內(nèi)蒙古日?qǐng)?bào)，2023-06-18[2023-03-15].https：//szb.northnews.cn/nmgrb/html/2023-06/18/content_42608_209729.htm.

[5] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì). 光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50797—2012[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版，2012.

[6] 柯學(xué)進(jìn).光伏電站影響因素及發(fā)電量分析驗(yàn)證方法的探討[J].電力設(shè)備管理，2021（4）：125-127，143.

[7] 中華人民共和國(guó)中央人民政府.煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）[EB/OL]. （2014-09-12）. https：//www.gov.cn/gongbao/content/2015/content_2818468.htm.

[8] 鄂爾多斯市統(tǒng)計(jì)局. 鄂爾多斯市2022年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL]. （2023-03-23）. https：//www.ordos.gov.cn/gk_128120/tjxx/tjgb/202308/t20230804_3457969.html.

[9] 鄂爾多斯市統(tǒng)計(jì)局. 2022年鄂爾多斯市規(guī)模以上工業(yè)原煤消費(fèi)增長(zhǎng)1.8%[EB/OL]. （2023-02-10）. http：//tjj.ordos.gov.cn/dhtjsj/tjxx_78352/202302/t20230210_3337517.html.

[10] 才慧嵐. 能源產(chǎn)業(yè)迎難上穩(wěn)扎穩(wěn)打再出發(fā)[N].鄂爾多斯日?qǐng)?bào)，2022-02-11（01）.

[11] IPE.中國(guó)城市碳排放數(shù)據(jù)—鄂爾多斯[EB/OL]. [2023-04-21]. https：//www.ipe.org.cn/Climate/DetailRegion.aspx.

[12] 殼牌中國(guó)，全球能源遠(yuǎn)景團(tuán)隊(duì). 中國(guó)能源體系2060碳中和報(bào)告[R/OL].（2022-01）. https：//www.xdyanbao.com/doc/fyl5vs7lat？bd_vid=7208431179069536932.

[13] 中國(guó)氫能聯(lián)盟，中金公司研究部. 碳中和目標(biāo)加速中國(guó)經(jīng)濟(jì)和能源轉(zhuǎn)型[EB/OL]. （2020-12-04）. https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1685111177311804211amp;wfr=spideramp;for=pc.

[14] 科爾沁右翼前旗人民政府.內(nèi)蒙古自治區(qū)支持新型儲(chǔ)能發(fā)展的若干政策（2022—2025年）. [EB/OL]. （2023-01-05）. http：//www.kyqq.gov.cn/kyqq/zwgk3/zfxxgk65/fdzdgknr57/zdlyxx52/5324796/5458384/5586414/index.html.

Scenario analysis of PV power generation path in Ordos region under carbon neutrality target

Zhang Xian1，2，Wang Mingpei1，Shi Wei1

（1. Ordos carbon neutral Research Institute Co.， Ltd.，Ordos 017000，China；

2. Ordos Institute of Technology，Ordos 017000，China）

Abstract：This paper first uses the static method to analyze the PV power generation potential in the Ordos region based on the land area and PV power generation situation. Then，combined with the thermal power generation，coal consumption，and PV power generation in Ordos region，the energy consumption data of Ordos region is analyzed. Finally，based on China's carbon neutrality target，the electricity target，coal target，and investment target for PV power generation projects under the carbon neutrality target in the Ordos region are calculated year-on-year. The analysis results show that：1） With a land area of 37000 km2 available for PV power generation in the Ordos region，a PV power generation capacity of 1.48×109 kW can be achieved，resulting in a PV power generation capacity of 1.92×1013 kWh；2） When the total electricity demand of 3.90×1011 kWh in the Ordos region by 2060 is met by PV power generation，the land area required for the construction of PV power stations is 7500 km2，which is only 20% of the available land area for PV power generation. Therefore，the goal of achieving carbon neutral electricity in Ordos region can be achieved through PV power generation；3） To achieve the goal of carbon neutrality，the total investment in PV power stations and energy storage systems in the Ordos region will account for 21% of GDP. This goal can only be achieved by strengthening financial and policy guidance.

Keywords： PV power generation；Ordos；carbon neutrality；scenario analysis