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南开大学张墨团队RE:中国废弃光伏时空特征的转变与轨迹——2013-2060年

环境人Environmentor  · 公众号  ·  · 2025-05-28 12:21

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相比于集中式光伏会 面临拆卸成本高、运输效率低等特殊难题。现有研究虽已构建国家层面总量预测模型, 对铅、镉等有害物质(如 CdTe薄膜电池含镉、早期焊料含铅)及铟、镓等稀有金属回收潜力的评估 但缺乏深入解析省级尺度下集中式与分布式废弃物的动态演变规律。为此,本研究 运用 灰色 预测模型来确定 省级装机容量趋势,结合 威布尔 分布失效概率,构建 情景时空分析框架,旨在揭示 2013-2060年中国光伏废弃物的生成量及其时空演化特征,为破解“区域资源错配、回收网络滞后”的治理困境提供精细化决策支持。



图文导读

集中式和分布式光伏废弃物在省级层面的产生量

1:2060年四种情景下各省的累计光伏废物产生量、集中式和分布式光伏废物产生量


该研究 首先 结合灰色预测模型与历史数据,估算了 2023至2030年中国各省集中式和分布式光伏装机容量,并基于威布尔分布模型评估了不同情景下光伏组件的失效概率。结果显示,大规模光伏废弃物将在2035年后显著增加,早期失效情景下废弃量峰值出现在2045年左右,而常规失效情景下则推迟至2050年,全国累计废弃量预计在2060年达到2451至2933GW。集中式光伏废弃量在早期占主导地位,但分布式光伏占比从2030年的25%升至2060年的56%。不同省份的废弃量差异显著,山东、河南等省份在多数情景下废弃量最高,而北京、西藏等地则较低。研究还指出,情景3(常规失效、寿命25年)因组件废弃率较高,可作为规划回收能力的参考上限。


中国累计废弃光伏产生量的时空变化

2:情景4下中国累计 废弃 光伏产生量的时空变化。饼图显示了各省的集中式和分布式 废弃 光伏在 废弃 总量中所占的比例,饼图的大小反映了累计 废弃 量。


通过分析不同年份( 2030、2040、2050、2060)的时空分布,研究发现光伏废弃量的区域格局随时间显著变化。2030年,西北和华北地区以集中式 废弃 光伏为主,占全国总量的 50%,其中甘肃、青海等地废弃量最高;2040年后,废弃量重心逐渐东移,山东、河北等东部省份因分布式光伏快速增长成为主要贡献者。至2050年,分布式光伏废弃量首次超过集中式(占比52%),形成以山东、河北为核心的分布格局。到2060年,全国分布式光伏占比进一步升至56%,东部、中部及南部省份成为主要废弃区,而西北、西南仍以集中式废弃 光伏 为主。

研究强调需针对区域差异制定回收策略,如西北地区需集中处理集中式废弃物,东部则需应对分散的分布式光伏回收挑战。 作者还提到 为提高效率和成本效益,应针对不同类型的光伏废弃物实施差异化的回收与运输策略。对于集中式 废弃 光伏(源自装机容量大、空间分布集中且组件寿命周期同步的大型光伏电站),推荐采用大规模集中式回收模式。具体而言,可在光伏装机量显著的省份,依托大型光伏电站内部设立专用回收中心,实现集中存储与回收的一体化管理。此举不仅能提升回收效率,还可大幅降低运输成本。同时,建议与再生资源产业园区深度合作,开发专业化的光伏组件回收产线,进一步优化回收流程。 针对分布式光伏废弃物(具有分布零散、受安装 环境 条件限制、组件寿命周期不同步等特点),灵活分散式回收模式更为适用。可利用现有回收网络,在重点区域布设小型光伏回收站点,并基于生产者责任延伸( EPR)制度框架,与光伏组件制造商建立协作机制,定期对分布式废弃物进行集中收集与处理。该模式在保障分布式光伏有效回收的同时,可减少运输成本、扩大覆盖范围并提升运营效率。


累计废弃 光伏组件的区域特性

3:情景1下光伏废物产生的区域特征。横轴表示光伏废物产生的年份。左侧纵轴表示不同类型光伏废物的累计总量,右侧纵轴表示光伏废物的累计总量。顶部的空白图表显示统一的坐标系,统计图表的颜色代表七个不同的地理区域。


研究通过光伏组件额定功率与质量等参数的转换关系计算废弃物质量,并绘制了四种情景下随时间变化的图表。折线图展示了集中式光伏(黑色)和分布式光伏(红色)的累计废弃物量,柱状图则呈现各省份的累计总废弃物量,统计图颜色区分了七个地理区域。至 2060年,四种情景下全国累计光伏废弃物预计达700万至900万吨。尽管不同情景下各省份的累计废弃物量存在差异,但整体呈上升趋势。多数省份的集中式与分布式废弃物量差异显著,仅辽宁、湖北、湖南、江西等少数省份分布相对均衡。例如,黑龙江、吉林、内蒙古、山西、陕西、宁夏、甘肃、新疆和青海以集中式废弃物为主,而河北、河南、山东、安徽、浙江、上海则以分布式废弃物为主导。从区域看,西北、华北、华东、华中及华南沿海省份是废弃物集中区域。例如,华中的山西和河北以混合类型为主,西北的青海、宁夏、陕西以集中式废弃物为主,华东的山东、安徽、浙江以分布式废弃物为主,华南的广东则呈现两种类型的均衡趋势。

不同情景下各省份的短期累积废弃物量变化差异显著,山东、河北、陕西、浙江波动最为突出。情景 1(图 3 )中,废弃物量呈 “S型”增长,2030年前增速缓慢,2030-2055年快速上升,之后再次趋缓;情景2初期增速缓慢,但后续保持较高增速;情景 3与情景 1趋势类似,但2030-2055年增速更快;情景4与情景 2趋势一致,但增速更高。例如,山东在情景1和2下2030年的废弃物量分别为3×10⁴吨和1.9×10⁴吨,而情景3和4下仅3×10³吨和1×10³吨。为避免因质量问题导致光伏组件过早退出市场,需在废弃物增长初期的3-5年内制定战略规划并提前实施回收措施。

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