徐 偉， 劉振領(lǐng)

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

面對著碳減排和能源危機(jī)的雙重挑戰(zhàn)，建立以可再生能源為主體的能源體系是解決能源危機(jī)和環(huán)境安全問題的重要途徑［1］。太陽能相比于其他可再生能源具有分布廣泛、就地可取、無需運(yùn)輸、對環(huán)境影響小等優(yōu)勢，光伏發(fā)電是利用太陽能的主要方式之一，發(fā)展光伏發(fā)電對碳減排及改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義［2］。對區(qū)域光伏開發(fā)適宜性評價是太陽能資源開發(fā)利用的前提和基礎(chǔ)，其對保證太陽能光伏項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和制定科學(xué)的開發(fā)路徑至關(guān)重要［3-4］。

隨著地理信息技術(shù)的發(fā)展和普及，國內(nèi)外許多研究者通過地理信息系統(tǒng)（Geographic information system，GIS）與多準(zhǔn)則決策（Multi-criteria decision making，MCDM）方法結(jié)合來分析不同區(qū)域光伏開發(fā)的適宜性與發(fā)電潛力［5］。例如，Noorollahi 等［6］運(yùn)用模糊邏輯與層次分析法（Analytic hierarchy proces，AHP）結(jié)合，通過選取氣候、地形、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，借助GIS 對伊朗Khuzestan 省光伏開發(fā)適宜性進(jìn)行研究，確定光伏電站的最佳選址。Hassaan 等［7］利用AHP確定太陽輻射量、地形等適宜性評價指標(biāo)的權(quán)重，評估了科威特光伏開發(fā)的適宜性，并對特別適宜地區(qū)光伏發(fā)電潛力進(jìn)行了評估。Sun 等［8］將GIS 與AHP 結(jié)合，在選取了氣候、地形、水源、道路等評價因子的基礎(chǔ)上，以中國寧夏回族自治區(qū)為例，確定了光伏電站與聚光太陽能發(fā)電站的最佳選址，并評估了主要城市的發(fā)電潛力。劉立程等［9］基于遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)構(gòu)建光伏開發(fā)適宜性評價指標(biāo)體系，評估了京津冀地區(qū)光伏開發(fā)的適宜性，估算了光伏發(fā)電潛力和減排效益。

因此，GIS 技術(shù)與MCDM 方法結(jié)合分析光伏開發(fā)適宜性問題已經(jīng)是一種較為可行的方法［10］。但是以往研究在適宜性評價指標(biāo)的選取與分類上還有一定的細(xì)化空間，已有研究選取適宜性評價指標(biāo)集中在氣象、地形、位置上，較少把植被、河流距離、保護(hù)區(qū)距離等作為評價指標(biāo)［11-12］。并且已有研究大多對研究區(qū)光伏發(fā)電潛力進(jìn)行了評估，而對光伏發(fā)電潛力與電力需求的對比分析和不同開發(fā)強(qiáng)度下的節(jié)能減排效益研究較少。

在此背景下，本研究綜合考慮氣象、地形、位置、植被等指標(biāo)創(chuàng)建光伏開發(fā)適宜性評價指標(biāo)體系，對內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏開發(fā)適宜性進(jìn)行空間顯性評價，并量化其在不同開發(fā)強(qiáng)度下的發(fā)電潛力與減排效益，志在為以后的光伏開發(fā)選址工作及開發(fā)路徑的選擇提供科學(xué)的依據(jù)。此外，本研究還從市域角度對內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏發(fā)電潛力與電力需求做了對比分析，以期為內(nèi)蒙古自治區(qū)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和光伏產(chǎn)業(yè)的合理發(fā)展提供有力的支撐。

1 材料與方法

1.1 研究技術(shù)路線

本研究將GIS 技術(shù)與AHP 結(jié)合，對內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏開發(fā)適宜性進(jìn)行評價，研究流程如圖1所示。研究流程分為3 步，首先對內(nèi)蒙古自治區(qū)的基本概況進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除內(nèi)蒙古自治區(qū)內(nèi)保護(hù)區(qū)、建成區(qū)、水域等不適合建設(shè)光伏電站的限制區(qū)［13］。其次是通過選取4 個一級指標(biāo)、12 個二級指標(biāo)構(gòu)建光伏開發(fā)適宜性評價指標(biāo)體系，對剔除限制區(qū)后的區(qū)域進(jìn)行適宜性評價，依據(jù)評價結(jié)果將研究區(qū)域劃分為不適宜、較不適宜、適宜、較適宜、特別適宜5 類，并獲得其空間分布特征。最后在綜合考慮光伏板的發(fā)電效率及損耗率的基礎(chǔ)上，估算在不同開發(fā)強(qiáng)度下內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏的發(fā)電潛力與減排效益，并從市域角度對光伏發(fā)電潛力與電力需求進(jìn)行對比分析。

圖1 研究流程圖Fig.1 Flow chart of the study

1.2 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)地理位置介于37°24′～53°23′N，97°12′～126°04′E之間，區(qū)域總面積為1.183×106km2，人口約2.4×107人，包括呼和浩特、包頭、鄂爾多斯等12個盟市，按照區(qū)位可以將其分為內(nèi)蒙古自治區(qū)西部（包頭市、鄂爾多斯市、烏海市、巴彥淖爾市、阿拉善盟）、中部（呼和浩特市、烏蘭察布市、錫林郭勒盟）和東部（赤峰市、通遼市、呼倫貝爾市）。內(nèi)蒙古自治區(qū)平均海拔1800 m（圖2a），內(nèi)蒙古自治區(qū)內(nèi)土地利用類型包括草地、耕地、森林等8種（圖2b）。內(nèi)蒙古自治區(qū)氣候類型主要為溫帶大陸性氣候，日照充足，降水較少，地理分布由東北向西南斜伸，幅員遼闊，盟市之間氣候和太陽能資源差異顯著。內(nèi)蒙古東部地區(qū)降水相對較多，氣候較為濕潤，土地利用類型以草地為主。西部地區(qū)降水較少，氣候干燥，土地利用類型以裸地沙漠為主。從太陽輻射量分布（圖3a）和日照時數(shù)>6 h天數(shù)分布（圖3b）來看，內(nèi)蒙古自治區(qū)太陽能資源豐富穩(wěn)定，且西部太陽能資源最為豐富。2022 年內(nèi)蒙古自治區(qū)累計光伏裝機(jī)容量1.55×107kW，新增裝機(jī)容量1.44×106kW，作為我國北方重要的新能源基地及國家可再生能源綜合示范區(qū)，內(nèi)蒙古自治區(qū)具有巨大的光伏開發(fā)潛力與價值［14］。

圖2 研究區(qū)示意圖Fig.2 Schematic diagram of the study area

圖3 研究區(qū)太陽能資源概況Fig.3 Overview of solar energy resources in the study area

1.3 數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理

本研究使用的數(shù)據(jù)主要有以下5 類，分別是遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理要素數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。其中遙感數(shù)據(jù)包括整體水平輻照數(shù)據(jù)、歸一化植被指數(shù)（Normalized difference vegetation index，NDVI）數(shù)據(jù)和土地利用類型數(shù)據(jù)，內(nèi)蒙古自治區(qū)45個氣象站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)包括逐日氣溫、降水量、風(fēng)速、日照時數(shù)數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)地理要素數(shù)據(jù)包括道路、居民點(diǎn)、保護(hù)區(qū)、河流、行政邊界數(shù)據(jù)，地形數(shù)據(jù)為數(shù)字高程模型（Digital elevation modal，DEM）數(shù)據(jù)，社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)為內(nèi)蒙古自治區(qū)統(tǒng)計局發(fā)布的2021 年內(nèi)蒙古自治區(qū)各盟市全社會電力消費(fèi)量。數(shù)據(jù)具體來源及預(yù)處理方式見表1，使用的所有數(shù)據(jù)都經(jīng)過投影變換、剪切、重采樣等數(shù)據(jù)處理過程，坐標(biāo)系統(tǒng)一采用WGS_1984_UTM_zone_50N，空間分辨率統(tǒng)一為500 m×500 m。

表1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理方法Tab.1 Data sources and pre-processing methods

1.4 評價指標(biāo)選取及合理性分析

光伏電站的適宜性評價需考慮多因素的影響［15］，在參考相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，再結(jié)合內(nèi)蒙古自治區(qū)自身發(fā)展的特點(diǎn)，選取氣象、地形、位置、植被作為一級指標(biāo)，進(jìn)一步將4個一級指標(biāo)分為12個二級指標(biāo)建立光伏開發(fā)適宜性評價指標(biāo)體系，對內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏開發(fā)適宜性進(jìn)行評價。

氣象指標(biāo)包括太陽輻射量、日照時數(shù)、氣溫、降水量、風(fēng)速5 個二級指標(biāo)。太陽輻射量與光伏發(fā)電站發(fā)電量密切相關(guān)，是適宜性評價重要的指標(biāo)。日照時數(shù)、氣溫和降水量影響太陽輻射量的穩(wěn)定程度，進(jìn)而影響光伏發(fā)電的效率。風(fēng)速主要影響光伏電池板的安全，風(fēng)速過高會造成光伏電池板的損壞，進(jìn)而造成運(yùn)營維護(hù)成本增加［16］。地形指標(biāo)包括坡度和坡向2個二級指標(biāo)。坡度和坡向影響太陽輻射強(qiáng)度和日照時數(shù)，進(jìn)而影響太陽能資源空間分布，且隨著坡度的增加光伏電站的建設(shè)難度與建造成本也會增加。位置指標(biāo)主要包括道路距離、居民點(diǎn)距離、河流距離、保護(hù)區(qū)距離?？拷缆房梢越档颓捌诮ㄔO(shè)的運(yùn)輸成本與后期的運(yùn)營維護(hù)成本。離居民點(diǎn)越近越靠近電力消費(fèi)市場，可以降低電力通過電網(wǎng)的運(yùn)輸成本與損耗［17］。內(nèi)蒙古自治區(qū)春天多揚(yáng)塵天氣，靠近河流方便清洗光伏板積灰。內(nèi)蒙古自治區(qū)作為我國北方重要的生態(tài)屏障，建設(shè)光伏電站應(yīng)避開自然保護(hù)區(qū)，建在植被覆蓋率低的區(qū)域。

1.5 研究方法

1.5.1 AHP確定評價指標(biāo)權(quán)重本研究采用AHP確定評價指標(biāo)的權(quán)重，AHP是MCDM中常用的方法之一。AHP是將問題分為若干層次，每個層次再分為若干個指標(biāo)，根據(jù)9 級標(biāo)度法兩兩比較指標(biāo)的重要程度，從而確定每個指標(biāo)的權(quán)重［18］。若某層次有n個指標(biāo)，構(gòu)造判斷矩陣P。

式中：Pij為第i個指標(biāo)相比于第j個指標(biāo)重要程度的判斷值，Pji=（i,j=1,2,…,n），n為指標(biāo)個數(shù)，若i=j，Pij=Pji。

1.5.2 光伏開發(fā)適宜性計算將適宜性評價指標(biāo)體系的各個二級指標(biāo)按照等間隔距離法分為1～10級，極大型指標(biāo)值越大分級越大，極小型指標(biāo)則相反。極大型指標(biāo)包括太陽輻射量、日照時數(shù)和保護(hù)區(qū)距離，極小型指標(biāo)包括坡度、降水量、氣溫、風(fēng)速、居民點(diǎn)距離、河流距離和道路距離。坡向?qū)儆趨^(qū)間指標(biāo)，內(nèi)蒙古自治區(qū)位于北半球，所以南向和平面分級最高，北向分級最低。利用分級后二級指標(biāo)的級數(shù)和一二級指標(biāo)的權(quán)重計算適宜性指數(shù)，計算公式為：

式中：Si 為光伏開發(fā)適宜性指數(shù)；Wr為第r個一級指標(biāo)的權(quán)重（r=1,2,3,4）；Wrl為第r個一級指標(biāo)下第l個二級指標(biāo)權(quán)重（l=1,2,3,…,s）；s為第r個一級指標(biāo)下二級指標(biāo)個數(shù)；Crl為第r個一級指標(biāo)下第l個分級后二級指標(biāo)的級數(shù)。

1.5.3 光伏發(fā)電潛力評估光伏發(fā)電潛力的評估是光伏電站項(xiàng)目前期可行性研究的重要環(huán)節(jié)，為了評估光伏發(fā)電潛力，需要將太陽能轉(zhuǎn)化為總能量輸出，而光伏板的類型是影響總能量輸出效率的主要因素[19]。目前市場上光伏板的類型主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅等，本研究采用目前應(yīng)用最為廣泛的多晶硅光伏板計算光伏發(fā)電的潛力，其能量轉(zhuǎn)換效率為16.5%。光伏發(fā)電潛力還受棄光率、單位面積受到的年太陽輻射量、適宜建設(shè)光伏電站的面積、接受太陽輻射的面積因子、發(fā)電量損耗率因素的影響。綜合考慮以上影響因素，光伏發(fā)電潛力的計算公式為：

式中：SEGP 為光伏發(fā)電潛力（kWh）；SA 為適宜建設(shè)光伏電站的面積（m2）；AF 為接受太陽輻射的面積因子，本研究取0.35；ASR 為單位面積受到的年太陽輻射量（kWh·m-2）；PE 為光伏板的發(fā)電效率；LO 為發(fā)電量損耗率；AP 為棄光率，具體參數(shù)值及設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 光伏發(fā)電潛力評估參數(shù)設(shè)置Tab.2 Parameter settings for photovoltaic power potential assessment

2 結(jié)果與分析

2.1 權(quán)重結(jié)果分析

本研究通過咨詢太陽能領(lǐng)域的專家和查閱相關(guān)文獻(xiàn)構(gòu)建12階權(quán)重判斷矩陣，對權(quán)重判斷矩陣P進(jìn)行歸一化處理，將矩陣P每一列的值相加，然后每一項(xiàng)除以它所在列的和。最后將歸一化后的矩陣對行求平均，得到相對權(quán)重。為了確保結(jié)果有效性，需要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，其公式如下：

式中：CR 為一致性比率，如果CR<0.1，則通過一致性檢驗(yàn)，否則就要對判斷矩陣進(jìn)行修正；RI 為隨機(jī)一致性指標(biāo)（表3）；CI為一致性指標(biāo)；λmax為最大特征值；n為指標(biāo)個數(shù)。

表3 隨機(jī)一致性指標(biāo)Tab.3 Random consistency indicators

用特征值法求解矩陣的最大特征值與特征向量，求得最大特征值λmax=12.0155。最后得到各指標(biāo)的最終權(quán)重（表4），一致性檢驗(yàn)CR 為0.00091<0.1，權(quán)重結(jié)果有效。

表4 光伏開發(fā)適宜性評價指標(biāo)和權(quán)重Tab.4 Photovoltaic development suitability evaluation indicators and weights

2.2 評價指標(biāo)分級及分布規(guī)律分析

內(nèi)蒙古自治區(qū)太陽輻射量分級（圖4a）總體分級較高，內(nèi)蒙古自治區(qū)西部分級高于東部分級，分級最高的區(qū)域分布在西部的阿拉善盟、巴彥淖爾市，分級較低的地區(qū)主要分布在東部的呼倫貝爾市。日照時數(shù)分級（圖4b）較高的區(qū)域主要在阿拉善盟和赤峰市，分級較低的區(qū)域主要在呼倫貝爾市。氣溫分級（圖4c）較低的區(qū)域主要集中在阿拉善盟的南部、烏海市、鄂爾多斯市的部分地區(qū)，分級較高的區(qū)域主要集中在呼倫貝爾市的北部地區(qū)。降水量分級（圖4d）由內(nèi)蒙古自治區(qū)東部向西部依次遞增，分級最高的是阿拉善盟，最低的是呼倫貝爾市。風(fēng)速分級（圖4e）較高的區(qū)域主要分布在包頭市、鄂爾多斯市、呼和浩特市和呼倫貝爾市的東北部，分級較低的區(qū)域主要在阿拉善盟的西部。保護(hù)區(qū)距離分級（圖4f）較高的區(qū)域較小，主要分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)中部和西部的北部地區(qū)，其余區(qū)域分級普遍較低。道路距離（圖4g）、河流距離（圖4h）、居民點(diǎn)距離（圖4i）分級最低的是阿拉善盟的小部分地區(qū)，其余區(qū)域分級普遍較高。坡度分級（圖4j）較低的地區(qū)主要分布在呼倫貝爾市的西部，通遼市、興安盟和包頭市，鄂爾多斯市也有部分地區(qū)分級較低，其他區(qū)域分級差異較小，普遍較高。坡向分級（圖4k）南向和平面分級較高，北向分級較低。NDVI 分級（圖4l）呈現(xiàn)出由內(nèi)蒙古自治區(qū)西部向東部依次遞減的趨勢，分級最高的是阿拉善盟，最低的是呼倫貝爾市?？傮w而言，光伏開發(fā)適宜性評價二級指標(biāo)空間分布的差異性較為顯著。

圖4 光伏開發(fā)適宜性評價二級指標(biāo)分級Fig.4 Classification of secondary indicators for photovoltaic development suitability assessment

2.3 光伏開發(fā)適宜性分析

剔除限制區(qū)后，光伏開發(fā)適宜性評估的區(qū)域占內(nèi)蒙古自治區(qū)總面積的24.24%。光伏開發(fā)適宜性指數(shù)的范圍在[5.223, 9.213]之間，按照等間隔距離法分為5類（圖5），分別定義為不適宜[5.223,6.021)、較不適宜[6.021, 6.819)、適宜[6.819, 7.517)、較適宜[7.517,8.415)、特別適宜[8.415,9.213]。特別適宜區(qū)域的面積為50184.54 km2（表5），占評估區(qū)域總面積的17.50%；較適宜區(qū)域的面積最廣為186009.32 km2，占評估區(qū)域總面積的64.88%；適宜區(qū)域的面積為43705.94 km2，占評估區(qū)域總面積的15.24%；較不適宜和不適宜區(qū)域總面積為6804.92 km2，占評估區(qū)域總面積的比例較小為2.38%。特別適宜、較適宜和適宜區(qū)域面積共計279899.80 km2；占內(nèi)蒙古自治區(qū)總面積的23.66%。特別適宜的區(qū)域分布在阿拉善盟、巴彥淖爾市和赤峰市，其中阿拉善盟所占面積比例最高達(dá)到78.59%，其次是巴彥淖爾市。較適宜區(qū)域分布的市有阿拉善盟、巴彥淖爾市、包頭市、鄂爾多斯市、烏海市、烏蘭察布市和錫林郭勒盟，阿拉善盟所占面積比例最高達(dá)到83.48%。適宜區(qū)域分布最為廣泛，除了興安盟其余11 個市均有分布。較不適宜區(qū)域和不適宜區(qū)域相比于以上3種類型面積較小，較不適宜區(qū)域面積占比最大的是呼倫貝爾市，不適宜區(qū)域面積占比最大的是興安盟。

表5 各盟市不同適宜類型的土地面積Tab.5 Area of land of different suitable types in each city and league/km2

圖5 內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏開發(fā)適宜性Fig.5 Suitability of photovoltaic development in the Inner Mongolia Autonomous Region

內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏開發(fā)適宜性呈現(xiàn)出西部大于中部和東部的空間格局特征，特別適宜、較適宜和適宜區(qū)域主要分布在西部的阿拉善盟和巴彥淖爾市、包頭市、鄂爾多斯市、東部的赤峰市等也有少量分布。這些區(qū)域具有光伏開發(fā)的天然優(yōu)勢，區(qū)域內(nèi)地形平坦，坡度較小，太陽輻射量1600 kWh·m-2以上，年平均日照時數(shù)大于2950 h，降水量、風(fēng)速等氣象條件較好，植被覆蓋率較低，并且離道路、居民點(diǎn)和河流的距離適中，大大提高了光伏發(fā)電的效率，降低了光伏電站建設(shè)的運(yùn)輸成本與電力通過電網(wǎng)輸送的成本。較不適宜與不適宜地區(qū)主要分布在呼倫貝爾市和興安盟市，這些地區(qū)太陽輻射量和年平均日照時數(shù)相對較低，降水量、風(fēng)速等氣象條件較差，坡度較大，光伏發(fā)電效率較低，建設(shè)光伏電站施工難度與成本較高。

2.4 光伏發(fā)電潛力與電力需求分析

通過內(nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)電潛力評估，發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)電潛力巨大。若將特別適宜、較適宜和適宜的區(qū)域全部開發(fā)，年發(fā)電量將達(dá)到2.0409×1013kWh，相當(dāng)于內(nèi)蒙古自治區(qū)2021年用電量的44.37倍。特別適宜區(qū)域的年發(fā)電潛力為36592.41 TWh，適宜區(qū)的年發(fā)電潛力為135630.00 TWh，適宜區(qū)年發(fā)電潛力為31868.5 TWh（表6），其中特別適宜的區(qū)域開發(fā)12.57%即可滿足內(nèi)蒙古自治區(qū)2021 年用電量。

表6 內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏不同開發(fā)情形下的發(fā)電潛力Tab.6 Power generation potential of photovoltaic in Inner Mongolia Autonomous Region under different development scenarios

研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏發(fā)電潛力與電力需求分布有著較強(qiáng)的空間異質(zhì)性，空間格局特征顯著。從整體來看，內(nèi)蒙古自治區(qū)西部光伏發(fā)電潛力大于中部和東部，內(nèi)蒙古自治區(qū)西部、中部和東部的光伏發(fā)電潛力占內(nèi)蒙古自治區(qū)總光伏發(fā)電潛力的比例分別為93.66%、5.18%和1.16%（圖6a）。從市域的角度分析，內(nèi)蒙古自治區(qū)12 個盟市中，阿拉善盟和巴彥淖爾市光伏發(fā)電潛力占特別適宜區(qū)、較適宜區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)總光伏發(fā)電潛力的比例分別為97.31%（圖7a）、92.29%（圖7b）和88.88%（圖6a），而阿拉善盟和巴彥淖爾市2021 年用電量僅占內(nèi)蒙古自治區(qū)用電量的5.19%（圖6b）?？傮w來看，內(nèi)蒙古自治區(qū)電力需求差異較為顯著。呼包鄂城市群相比于其他盟市經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集，電力需求旺盛［22］，但是光伏發(fā)電潛力不足，電力大部分來自燃煤發(fā)電火電廠，碳減排與環(huán)境問題突出，而光伏發(fā)電潛力最高的區(qū)域位于內(nèi)蒙古自治區(qū)最西部的阿拉善盟和巴彥淖爾市。

圖6 內(nèi)蒙古自治區(qū)各盟市光伏發(fā)電潛力與2021年用電需求Fig.6 Photovoltaic power generation potential and electricity demand in 2021 by municipality in Inner Mongolia Autonomous Region

圖7 特別適宜區(qū)與較適宜區(qū)各盟市光伏發(fā)電潛力Fig.7 Photovoltaic power generation potential by municipality in the specially suitable and more suitable zones

2.5 不同開發(fā)強(qiáng)度下的減排效果分析

光伏開發(fā)受到國家政策、電力需求等因素的影響，不是一蹴而就的事，要有一個循序漸進(jìn)的過程，在較短的時間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的光伏開發(fā)。本研究考慮到光伏發(fā)電在未來能源結(jié)構(gòu)中所占比例會逐步上升，按照特別適宜、較適宜和適宜區(qū)域的開發(fā)比例，設(shè)置12 種開發(fā)情形分析減排效果（表7）。目前我國最主要的發(fā)電方式仍以燃煤發(fā)電為主，所以本研究用燃煤發(fā)電方式作為對比評價光伏發(fā)電的減排效果，2021 年我國的平均供電煤耗為302.5 g·(kWh)-1，1 t 標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒會排放2662 kg 的CO2、22 kg的SO2、10 kg的NOx和17 kg的總懸浮顆粒物（TSP）。研究發(fā)現(xiàn)，若特別適宜的區(qū)域全部開發(fā)，年碳減排量約2.947×109t，是2021 年內(nèi)蒙古自治區(qū)碳排放總量的4.46倍，占我國2021年碳排放總量的21.20%。此外，可節(jié)約1.107×109t 標(biāo)準(zhǔn)煤，少排放SO2約2.435×107t、NOx約1.107×107t、TSP 約1.882×107t。若將特別適宜、較適宜、適宜區(qū)域全部開發(fā)，內(nèi)蒙古自治區(qū)碳減排量約1.643×1010t，是2021年我國碳排放總量的1.18倍，可節(jié)約6.174×109t標(biāo)準(zhǔn)煤，少排放SO2約1.358×108t、NOx約6.174×107t、TSP 約1.050×108t。從以上分析可以看出，內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏開發(fā)對其碳減排、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、乃至我國雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。

表7 不同光伏開發(fā)強(qiáng)度下的減排效果Tab.7 Emission reductions at different photovoltaic development intensities

3 結(jié)論

本研究將GIS 與AHP 相結(jié)合，選取了氣象、地形、位置、植被等多維度指標(biāo)，運(yùn)用AHP確定評價指標(biāo)權(quán)重，對內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏開發(fā)的空間格局特征、發(fā)電潛力和節(jié)能減排效益進(jìn)行研究，主要得出以下結(jié)論：

（1）內(nèi)蒙古自治區(qū)開發(fā)適宜性具有顯著的空間格局特征，西部的光伏開發(fā)適宜性大于中部和東部，特別適宜、較適宜和適宜區(qū)域占內(nèi)蒙古自治區(qū)總面積的23.66%，主要分布在西部的阿拉善盟和巴彥淖爾市，較不適宜和不適宜區(qū)域主要分布在東部的呼倫貝爾市和興安盟。

（2）內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏發(fā)電潛力巨大。若將特別適宜、較適宜和適宜區(qū)域全部開發(fā)，年發(fā)電量將達(dá)到2.0409×1013kWh，相當(dāng)于內(nèi)蒙古自治區(qū)2021年用電量的44.37 倍，其中特別適宜的區(qū)域開發(fā)12.57%即可滿足內(nèi)蒙古自治區(qū)2021年用電量。

（3）內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏發(fā)電潛力與電力需求分布有著較強(qiáng)的空間異質(zhì)性，空間格局特征顯著。從整體來看，內(nèi)蒙古自治區(qū)西部光伏發(fā)電潛力大于中部和東部。

（4）內(nèi)蒙古自治區(qū)光伏發(fā)電節(jié)能減排效果顯著。與傳統(tǒng)燃煤火力發(fā)電相比，若特別適宜區(qū)全部開發(fā)，年碳減排量約2.947×109t，是2021 年內(nèi)蒙古自治區(qū)碳排放總量的4.46倍，占我國2021年碳排放總量的21.20%，可節(jié)約1.107×109t 標(biāo)準(zhǔn)煤，少排放SO2約2.435×107t、NOx約1.107×107t、TSP 約1.882×107t。若將特別適宜、較適宜、適宜區(qū)域全部開發(fā)，內(nèi)蒙古自治區(qū)碳減排量約1.643×1010t，是2021年我國碳排放總量的1.18倍，節(jié)能減排效果顯著。