- 介绍世界上可能需要的太阳能发电量的引入速度以及实现可持续发展社会的挑战
- 指出需要在未来10年保持目前的市场增长率，并将渗透率提高约10倍
- 提出实现可持续能源系统的措施，包括技术创新、提高能源使用效率以及在全球分散生产基地
图 1 预计到 2050 年全球太阳能发电的引入速度
通过在未来 10 年内将每年安装的设备数量增加约 10 倍，我们将达到可持续社会所需的预计安装设备数量（在本示例中，2050 年左右为 75 TW）。过去的表现和未来的前景表明这一目标是可以实现的。
*这是对原始论文中的数字的引用或修改。
国立产业技术综合研究所【会长：石村和彦】（以下简称“AIST”）将于2022年5月在德国成立。弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（以下简称“弗劳恩霍夫ISE”）国家可再生能源实验室联合举办“太瓦特研讨会3”（以下简称“研讨会”） （以下简称“NREL”）。太瓦 (1012瓦特=10亿千瓦)为单位的太阳能发电普及的时代，我们考虑了如何才能达到充分抑制气候变化所需的太阳能发电量。
之后，我们将研讨会上的讨论（主要来自三个研究机构）整理成一篇论文。本文日期为 2023 年 4 月 6 日科学发表在杂志上。论文的标题是“多太瓦级光伏发电：等待不是一种选择”提出了未来必要的太阳能发电普及率的指导方针以及世界迈向可持续发展社会时需要解决的问题（图1）。
随着气候变化的影响日益显现，迫切平衡环境与能源的双重可持续性已成为全球的当务之急，也是一项艰巨的任务。太阳能发电是一项可以在解决这一问题上发挥重要作用的技术。太阳能发电在环境、经济、能源供应稳定等方面具有优势，作为主要发电方式之一日益普及。随着太阳能发电技术的不断发展和发电成本的显着降低，相信如何顺利地推动太阳能的普及将是实现可持续社会的关键。
可再生能源正在改变世界能源经济，到 2022 年将占全球新建发电厂装机容量的 80% 以上 (*1)。其中，太阳能发电由于研究和制造技术的显着进步，已成为世界许多地区极具成本竞争力的电源。到2022年底，全球太阳能发电累计装机容量将达到约11太瓦（TW）（1 TW=1,000吉瓦（GW）=1,000,000兆瓦（MW）=1,000,000,000千瓦（kW）），达到太瓦大关。它在世界发电量中的份额约为4-5%，但市场正以每年25%左右的速度增长，每三年翻一番。在应对气候变化的各种措施中，太阳能发电是少数能够以相对较低的成本、在短时间内得到推广的技术之一。
为了充分抑制气候变化，实现可持续发展的世界，有必要减少电力产生的温室气体排放，同时促进汽车、飞机、船舶等交通工具（交通部门）以及金属冶炼、化学合成等工业过程的电气化。因此，对可再生电力的需求预计将增加，并且需要太阳能发电来满足未来的需求。
AIST、Fraunhofer ISE 和 NREL 是三个致力于应对这些国际挑战的研究机构。第一届太瓦研讨会于2016年在德国弗莱堡举行，第二届太瓦研讨会于2018年在美国科罗拉多州戈尔登举行，并提出了讨论和分析的结果。科学每篇文章均发表在期刊上。
（参考：NM Haegel 等人，“太瓦级光伏发电：发展轨迹与挑战”，科学2017 年 4 月 14 日：第 1 卷356，第 6334 期，第 141-143 页）
（参考：NM Haegel 等人，“太瓦级光伏发电：改变全球能源”，科学2019 年 5 月 31 日：第 1 卷364，第 6443 期，第 836-838 页）
本文是这些论文的续篇，是根据上述 2022 年研讨会的分析结果撰写的（图 2）。
图2 第三届太瓦研讨会参与者合影
作为气候变化对策，许多到 2050 年可充分减少全球温室气体排放的情景已在世界各地得到考虑和报告。需要安装的太阳能发电设备的数量根据场景的不同而有所不同，但作者参考了这些现有研究的结果，假设了一个具有挑战性但可实现的值 75 TW，并总结了所需的扩散速度以及实现这一目标的问题和注意事项。
近年来太阳能发电的市场增长率每年约为25%。如果这种市场增长速度持续10年左右，年装机容量将约为34TW。之后，在保持相同的年装机容量的情况下，我们可以设想到2050年将达到75TW。
本文通过收集公共机构、公司、行政机构、智囊团等掌握的数据、意见和学术知识，指出了为了顺利实现这一场景应注意的以下问题和要点。
- 未来10年内扩大规模很重要。如果他们稍后尝试扩张，则存在无法跟上快速扩张或不可持续（因为供应能力暂时过剩）的风险。
- 基础设施规划必须积极主动，以跟上太阳能的快速普及。
- 大量引入太阳能发电的过程中会出现一些具有挑战性的问题。风水结合、电网加固、储能、需求响应，氢，热泵合作和电动汽车。
- 考虑到最新技术水平和成本的未来能源供应系统、具有足够分辨率的电力系统仿真模型以及其他领域的电气化的研究结果都表明，太阳能发电将占有很大份额。
- 从降低运输成本和供应中断风险、促进顺利推广的角度来看，相关设备的生产基地应该分散，防止过于集中在一个国家或地区。
- 在发展中国家和新兴国家扩展能源系统时，太阳能发电是首选（因为其成本低且易于使用）。
- 现在需要加大力度促进回收利用。
- 为了进一步提高可持续性，转化效率还需要在改善和减少能源使用等领域不断创新。
- 在扩大太阳能发电的同时，还需要扩大电力储存和电解槽（用于氢）的规模。
- 太阳能建筑一体化发电（BIPV）以及为电动汽车充电，太阳能共享 (agriPV)也很有用。
- 为了可持续地生产氢气、合成燃料、原材料等，大规模部署太阳能和风力发电至关重要。
- 未来十年将是决定性的十年。考虑到气候变化和空气污染造成的成本，我们需要促进广泛的电气化，消除过时的假设，并对变化做出快速反应。
- 过去的表现和未来前景表明，2050 年推出 75 TW 的目标是可以实现的。 （考虑到这一点，该论文的标题是：“坐等不是一种选择。”）
通过解决本文提出的挑战性问题并暂时保持当前的市场增长率，太阳能发电可以在将世界能源供应系统转变为可持续能源供应系统方面发挥决定性作用。
本文有望成为未来太阳能发电在全球普及速度的指标，并有助于制定相关领域的合作策略和研发政策。
为了加速实现可持续发展的社会，AIST、Fraunhofer ISE 和 NREL 三个研究机构将继续与来自世界各地的太阳能发电专家合作，分析和传播信息，以加速太阳能发电的普及。
已出版的杂志：Science
论文标题：多太瓦级光伏发电：等待不是一种选择
作者：NM Haegel 等人
卷：第 380 卷，第 6640 期，第 39-42 页，2023 年 4 月 6 日
DOI：101126/scienceadf6957
国立产业技术综合研究所
安全科学研究分会及LCA研究组
首席研究员 Keiichiro Sakurai 电子邮件：k-sakurai*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）