29、攀枝花市屋顶光伏开发综合潜力评估

攀枝花市屋顶光伏开发综合潜力评估

1. 评估原理与案例区域

在评估城市建筑的光伏潜力时，可根据各方案的投影值对方案进行排序和评估。投影值越大，方案越接近理想方案，表明城市建筑的光伏潜力越好。

本次研究以攀枝花市为案例区域，攀枝花地处中国西南部川滇交界处，太阳能资源丰富，日照天数多，太阳辐射强，年平均日照时间约 2300 - 2700 小时，年辐射处于四川太阳辐射高值区。研究选取了攀枝花市城市总体规划中建筑密度较高的五类土地作为研究对象，分别为住宅用地、行政和公共服务用地、商业和商务设施用地、工业用地以及物流和仓储用地，具体规划土地面积如下表所示：
| 土地类型 | 面积（hm²） |
| — | — |
| 住宅用地 | 2446.44 |
| 行政和公共服务用地 | 911.70 |
| 商业和商务设施用地 | 701.90 |
| 工业用地 | 3020.96 |
| 物流和仓储用地 | 497.68 |

2. 光伏发电潜力计算结果

2.1 技术潜力值

评估范围涵盖攀枝花市的五类主要土地，排除了街道和交通、市政公用设施以及绿地等地面建设较少的类型。土地面积数据均来自《攀枝花市城市总体规划（2011 - 2030）》。光伏组件倾角的选择很关键，根据 PVsyst 软件计算结果，全年最佳倾角范围为 27 - 29°，本研究选取中间值 28°，该倾角的年总辐射量为 2256 KWh/m²。根据目前常用多晶硅电池的参数和所选光伏组件型号，得出组件间距应为 4.40 m，当光伏组件以 28°角安装时，有效面积系数为 0.68。具体计算结果如下表：
| 土地用途 | 土地面积（hm²） | 总屋顶面积（hm²） | 适合光伏的屋顶面积（hm²） | 公式计算年发电量（GWh/年） | 软件模拟发电量（GWh/年） |
| — | — | — | — | — | — |
| 住宅 | 2446.44 | 2055.01 | 1130.26 | 2080.68 | 2122.78 |
| 行政和公共服务 | 911.70 | 765.83 | 421.21 | 775.40 | 791.08 |
| 商业和商务设施 | 701.90 | 589.60 | 324.28 | 596.96 | 609.04 |
| 工业 | 3020.96 | 2537.61 | 1395.68 | 2569.31 | 2621.24 |
| 物流和仓储 | 497.68 | 418.05 | 229.93 | 423.27 | 431.84 |

从计算结果可知，攀枝花市住宅用地和工业用地的技术潜力较大，这是因为这两类土地面积相对较大。软件模拟的发电量略高于公式计算值，软件模拟发电量比公式计算值约高 2%，且土地面积越大，两种计算结果偏差的影响越小。为便于获取计算所需数据，后续计算和分析基于软件模拟发电量。

2.2 环境潜力值

太阳能发电的环境潜力主要体现在减少传统能源消耗且无直接排放。与火电相比，光伏发电可有效减少烟尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等排放。光伏系统生命周期内每年减少的有效物质排放量通过发电量乘以相应排放系数计算。每千瓦时屋顶光伏的相对污染物减排情况如下：
- CO₂减排效果最明显，其次是 SO₂。
- 各类土地的减排量与发电量直接相关，发电量差异导致减排量不同，其中工业用地和住宅用地的 CO₂和 SO₂减排效果最佳。

2.3 经济潜力值

光伏发电成本受系统初始投资、上网电价、系统发电量、补贴政策和贴现率等多种因素影响。这些因素包含在净现值（NPV）计算公式中，内部收益率（IRR）用于表示项目运营期间的抗风险能力，是对 NPV 计算结果的补充。为直接比较屋顶光伏的经济效益，假设光伏系统所发电力全部上网。计算结果如下：
| 变量 | NPV | IRR | 能源成本 | 政策补贴 |
| — | — | — | — | — |
| 住宅 | 6.49bn | 0.16 | 0.60 | 0.18 |
| 行政和公共服务 | 6.98bn | 0.25 | 0.73 | 0.1 |
| 商业和商务设施 | 4.77bn | 0.26 | 0.62 | 0.1 |
| 工业 | 19.92bn | 0.26 | 0.58 | 0.1 |
| 物流和仓储 | 4.41bn | 0.24 | 0.89 | 0.1 |

从折线图可看出，工业用地的 NPV 值优势明显，主要因其面积占比大。直方图显示，住宅用地的 IRR 明显低于其他四类土地，其余四类土地的 IRR 值差异不显著，抗风险能力相当。目前，攀枝花市平均民用电价约 0.52 元/kWh，工业电价约 0.71 元/kWh。与 PVsyst 软件计算的各类能源成本相比，屋顶光伏系统对工业和商业区域具有一定经济优势，对其他三类土地无优势，此时政府的激励补贴政策成为推动太阳能进一步发展的关键。虽然住宅用地政策补贴略高，但经济指标表现仍较弱。

3. 综合潜力评估结果

3.1 指标权重计算

采用 CRITIC 和 MSD 方法结合，能充分考虑数据的离散性、相关性和对比强度，增强客观权重的可靠性。技术潜力和环境潜力子系统指标完全线性相关，仅用 MSD 计算权重值，结果如下表：
| 潜力类型 | 具体指标 | 子系统权重 | 综合权重 |
| — | — | — | — |
| 经济潜力 | NPV | 0.188 | 0.080 |
| | IRR | 0.311 | 0.283 |
| | 能源成本 | 0.183 | 0.090 |
| | 政策补贴 | 0.318 | 0.169 |
| 技术潜力 | 总屋顶面积 | 0.333 | 0.054 |
| | 适合光伏的屋顶面积 | 0.333 | 0.054 |
| | 发电量 | 0.334 | 0.054 |
| 环境潜力 | SO₂ | 0.250 | 0.054 |
| | CO₂ | 0.250 | 0.054 |
| | NOx | 0.250 | 0.054 |
| | 烟尘减排 | 0.250 | 0.054 |

从计算结果可知，经济潜力在屋顶光伏开发潜力评估中起决定性作用。综合权重方面，IRR 和政策补贴是决定潜力的最重要因素，能源成本和 NPV 等经济指标也有较大影响。NPV 在经济潜力部分权重较低，因其计算结果易因规模大导致数值大。屋顶可用面积决定发电量，发电量与空气中有害物质减排直接相关，这些指标的完全线性相关使其权重相同，影响强度无显著差异。

3.2 综合潜力评估分析

以经济潜力评估过程为例，方案集 U = {住宅、行政和公共服务、商业和商务设施、工业、物流和仓储}，指标集 V = {NPV、IRR、能源成本、政策补贴}，其中能源成本指标属于成本指标，其余属于效益指标。根据数据可得相对最优设计方案的因子指标 X₀ = (19.92bn, 0.26, 0.58, 0.18)。经过一系列计算得出：
- Δmin = 0.00，Δmax = 0.78。
- Φ = 0.31，小于 1/3，ρ = 1.25×Φ = 0.39。
- 灰色关联判别矩阵 R。
- 新的权重向量 ω₀ = (0.13, 0.36, 0.13, 0.38)。
- 各方案投影值为 (D₁, D₂, D₃, D₄, D₅) = (0.70, 0.60, 0.65, 0.78, 0.56)。

因此，五类土地的经济潜力排名为：工业 > 住宅 > 商业和商务设施 > 行政和公共服务 > 物流和仓储。基于上述原则，对其余技术潜力、环境潜力和综合潜力进行评估，结果如下表：
| 变量 | 经济潜力 | 技术潜力 | 环境潜力 | 综合潜力 |
| — | — | — | — | — |
| 住宅 | 0.70 | 0.75 | 0.80 | 0.72 |
| 行政和公共服务 | 0.60 | 0.46 | 0.52 | 0.77 |
| 商业和商务设施 | 0.65 | 0.43 | 0.49 | 0.802 |
| 工业 | 0.78 | 1.00 | 1.00 | 0.91 |
| 物流和仓储 | 0.56 | 0.41 | 0.47 | 0.73 |

在攀枝花市案例区域，五类建设用地的屋顶光伏综合开发潜力排名为：工业 > 商业和商务设施 > 行政和公共服务 > 物流和仓储 > 住宅。

4. 结果分析与讨论

4.1 子系统潜力值

为全面考虑屋顶光伏发展潜力，从经济、技术和环境三个方面分析五类土地的潜力。基于案例计算结果，绘制三个子系统的潜力值雷达图。
- 技术潜力 ：技术潜力子系统中，发电量与总屋顶面积和光伏组件有效面积直接相关，指标完全线性相关，直接用 MSD 方法计算指标权重。技术潜力排名为：工业（1）> 住宅（0.75）> 行政和公共服务（0.46）> 商业和商务设施（0.43）> 物流和仓储（0.41）。工业和住宅用地具有明显技术潜力优势，源于其土地面积占比的绝对优势，工业和住宅用地面积分别占五类土地总面积的 39.86%和 32.28%。屋顶光伏发电量的计算依赖于通过系数法获得的屋顶实际有效面积，因此各类土地原始面积的比例尤为重要。
- 环境潜力 ：环境潜力排名为：工业（1）> 住宅（0.80）> 行政和公共服务（0.52）> 商业和商务设施（0.49）> 物流和仓储（0.47）。工业用地的环境效益优势最明显，主要原因是其面积占比大，在相同条件下屋顶光伏发电量高，直接有助于显著减少环境有害物质排放。工业和住宅用地对 CO₂和 SO₂减排贡献大。
- 经济潜力 ：经济潜力排名为：工业（0.78）> 住宅（0.70）> 商业和商务设施（0.65）> 行政和公共服务（0.60）> 物流和仓储（0.56）。五类土地在经济潜力评估中无明显优势，主要原因是经济指标相关性不显著。经济潜力评估需衡量投资、发电量、政策补贴和金融风险等多个指标的综合影响。从指标权重表可知，IRR（0.311）和政策补贴（0.318）在经济潜力评估中作用不可忽视。例如，商业和商务设施用地面积占比小，在技术和环境潜力子系统中表现不佳，但因其 IRR 值（0.26）表现良好，在经济潜力子系统中表现出色。相反，住宅用地在技术和环境潜力子系统中表现较好，但在经济潜力子系统中因 IRR 表现不佳而失去明显优势。案例研究表明，IRR 代表的金融风险水平和当地补贴政策是决定一个地区屋顶光伏经济可行性的重要因素，因此制定合适的支持政策和控制屋顶光伏项目的长期回报率是屋顶光伏发展的首要任务。

graph LR
    A[子系统潜力] --> B[技术潜力]
    A --> C[环境潜力]
    A --> D[经济潜力]
    B --> B1[工业用地]
    B --> B2[住宅用地]
    B --> B3[行政和公共服务用地]
    B --> B4[商业和商务设施用地]
    B --> B5[物流和仓储用地]
    C --> C1[工业用地]
    C --> C2[住宅用地]
    C --> C3[行政和公共服务用地]
    C --> C4[商业和商务设施用地]
    C --> C5[物流和仓储用地]
    D --> D1[工业用地]
    D --> D2[住宅用地]
    D --> D3[行政和公共服务用地]
    D --> D4[商业和商务设施用地]
    D --> D5[物流和仓储用地]

4.2 综合潜力值

前面分别分析了屋顶光伏经济、技术和环境的发展潜力，整合三个视角后，五类土地呈现出不同的潜力结果。工业用地的综合潜力最高，住宅用地最低，商业和商务设施用地在综合潜力评估中排第二，但在三个子系统中并不突出。住宅用地虽面积占比大，在子系统评估中有一定优势，但经济指标表现仍较弱。住宅用地的四个经济指标值在五类土地中的排名为：NPV 排 3/5，IRR 排 5/5，能源成本排 4/5，政策补贴排 1/5。显然，住宅用地的 IRR 在五类土地中处于明显劣势，尽管政策补贴支持最大，但未发挥优势。同时，住宅建筑屋顶产权复杂，实施存在一定困难，即使面积占比大，也不是屋顶光伏实施的主要目标。工业用地因各项指标表现出色且无明显短板，在屋顶光伏综合潜力评估中仍处于最佳位置。商业和商务设施用地是最大黑马，其在三个子系统中表现不佳主要因其面积小，仅 701.9 hm²。虽然绝对值优势不明显，但其潜力仍较强。通过观察综合权重发现，商业用地综合潜力的出色评估结果主要源于其优秀的 IRR 值，GRPM 向量修改后的权重高达 0.5574，直接提升了商业用地的潜力值。

graph LR
    A[综合潜力] --> B[工业用地]
    A --> C[商业和商务设施用地]
    A --> D[行政和公共服务用地]
    A --> E[物流和仓储用地]
    A --> F[住宅用地]
    B --> B1[指标表现出色]
    B --> B2[无明显短板]
    C --> C1[IRR值优秀]
    F --> F1[经济指标弱]
    F --> F2[产权复杂实施难]

通过上述案例分析可知，技术潜力中的可用屋顶面积和发电量是评估屋顶光伏利用潜力的基础，但不是决定综合潜力水平的关键因素。当地太阳能资源的丰富程度直接决定一个地区是否适合推广屋顶光伏技术，不同地区建筑屋顶适宜面积的差异会导致光伏发电量的巨大差异。然而，无论利用潜力多大，若无经济可行性支持，都无法顺利发展。因此，案例研究清晰表明了经济潜力在综合潜力评估中的重要性，特别是经济潜力中的 IRR 和政策补贴指标在综合潜力评估中起绝对指导作用。即使技术潜力稍差，经济表现较好也能脱颖而出。攀枝花案例的实际数据研究有助于更有效地细化和总结屋顶光伏发展中的实际问题。在整个屋顶光伏技术推广范围内，IRR 代表的金融风险水平和当地补贴政策是决定一个地区屋顶光伏能否成功推广的重要因素，因此制定合适的支持政策和控制屋顶光伏项目的长期回报率是屋顶光伏发展中最重要的问题。

攀枝花市屋顶光伏开发综合潜力评估

5. 对不同土地类型的深入分析

5.1 工业用地

工业用地在各个潜力评估中都表现出色，具有多方面的优势：
- 面积优势 ：工业用地面积较大，如在本次研究区域中占比达到 39.86%，这为安装大量的光伏组件提供了充足的空间，使得其技术潜力和环境潜力都能得到充分发挥。
- 发电优势 ：大面积的屋顶安装光伏组件后，能产生大量的电力，不仅满足自身部分用电需求，还能为电网输送电能，在环境方面也能显著减少有害气体排放，尤其是 CO₂和 SO₂的减排效果显著。
- 经济优势 ：工业电价相对较高，约为 0.71 元/kWh，这使得光伏发电的经济效益更加明显。其 NPV 值较高，同时 IRR 值也与其他表现较好的土地类型相当，抗风险能力较强。

优势类型	具体表现
面积优势	占五类土地总面积的 39.86%
发电优势	大量发电，显著减少 CO₂和 SO₂排放
经济优势	工业电价高，NPV 和 IRR 表现好

5.2 商业和商务设施用地

商业和商务设施用地虽然面积相对较小，仅为 701.9 hm²，但在经济潜力方面表现突出：
- IRR 优势 ：其 IRR 值达到 0.26，在五类土地中处于较好水平，这使得它在经济潜力评估中脱颖而出，弥补了面积小带来的技术和环境潜力不足。
- 发展潜力 ：尽管目前在技术和环境方面表现不突出，但随着光伏技术的不断进步和成本的降低，其发展潜力巨大。通过合理规划和利用屋顶空间，有望进一步提高光伏发电量和环境效益。

5.3 住宅用地

住宅用地虽然面积占比较大，为 32.28%，但在综合潜力评估中处于劣势：
- 经济劣势 ：经济指标表现较弱，IRR 值明显低于其他四类土地，能源成本较高，尽管政策补贴相对较多，但仍未能发挥优势。
- 实施困难 ：住宅建筑屋顶产权复杂，涉及众多业主的协调和管理，在实施屋顶光伏项目时存在一定的困难。

劣势类型	具体表现
经济劣势	IRR 低，能源成本高，经济指标排名靠后
实施困难	屋顶产权复杂，协调管理难度大

5.4 行政和公共服务用地与物流和仓储用地

这两类土地在各项潜力评估中的表现处于中等水平：
- 技术和环境潜力 ：由于面积相对较小，技术和环境潜力有限，但仍能在一定程度上实现光伏发电和环境减排。
- 经济潜力 ：经济指标表现一般，需要进一步优化投资和运营模式，提高经济效益。

6. 屋顶光伏发展的关键因素总结

通过对攀枝花案例的研究，可以总结出影响屋顶光伏发展的关键因素：
- 经济因素 ：经济潜力在综合潜力评估中起决定性作用，其中 IRR 和政策补贴是最重要的因素。合理的政策补贴可以降低投资者的风险，提高项目的经济可行性；而良好的 IRR 表现则吸引更多的资金投入到屋顶光伏项目中。
- 技术因素 ：可用屋顶面积和发电量是评估屋顶光伏利用潜力的基础，但不是关键因素。随着光伏技术的不断进步，提高光伏组件的转换效率、降低成本，将有助于提高屋顶光伏的整体性能。
- 政策因素 ：政府的激励补贴政策对于推动太阳能发展至关重要。特别是对于经济潜力较弱的土地类型，如住宅用地，适当的政策支持可以促进其屋顶光伏项目的实施。

关键因素	具体影响
经济因素	决定项目的可行性和吸引力
技术因素	影响光伏发电的效率和成本
政策因素	推动项目的实施和发展

7. 对未来屋顶光伏发展的建议

基于以上分析，为了促进屋顶光伏的健康发展，提出以下建议：
- 针对不同土地类型制定差异化政策 ：
- 对于工业用地，继续鼓励和支持其大规模发展屋顶光伏项目，提供一定的税收优惠和技术支持，进一步提高其经济效益和环境效益。
- 对于商业和商务设施用地，加大政策扶持力度，如给予更多的补贴和贷款优惠，鼓励企业积极参与屋顶光伏项目，充分发挥其经济潜力。
- 对于住宅用地，简化产权协调和管理流程，制定合理的收益分配机制，提高居民参与的积极性。同时，加大宣传力度，提高居民对屋顶光伏的认识和接受度。
- 对于行政和公共服务用地与物流和仓储用地，引导其合理规划屋顶空间，优化投资和运营模式，提高项目的经济效益。
- 加强技术研发和创新 ：
- 加大对光伏技术研发的投入，提高光伏组件的转换效率和稳定性，降低成本。
- 推广智能光伏系统，实现光伏发电的智能化管理和优化调度，提高能源利用效率。
- 完善市场机制 ：
- 建立健全屋顶光伏市场交易机制，促进光伏发电的消纳和并网。
- 加强市场监管，规范市场秩序，保障投资者和消费者的合法权益。

graph LR
    A[屋顶光伏发展建议] --> B[差异化政策]
    A --> C[技术研发创新]
    A --> D[完善市场机制]
    B --> B1[工业用地扶持]
    B --> B2[商业用地激励]
    B --> B3[住宅用地优化]
    B --> B4[其他用地引导]
    C --> C1[提高组件效率]
    C --> C2[推广智能系统]
    D --> D1[建立交易机制]
    D --> D2[加强市场监管]

8. 结论

通过对攀枝花市五类土地的屋顶光伏开发综合潜力评估，我们深入了解了不同土地类型在技术、环境和经济方面的潜力表现。经济潜力在综合潜力评估中起着至关重要的作用，特别是 IRR 和政策补贴指标。同时，技术因素和政策因素也对屋顶光伏的发展产生重要影响。为了推动屋顶光伏的可持续发展，需要针对不同土地类型制定差异化政策，加强技术研发和创新，完善市场机制。相信在各方的共同努力下，屋顶光伏将在未来能源领域发挥更加重要的作用，为实现绿色低碳发展做出贡献。