第一作者：张宁（德国德累斯顿工业大学/莱布尼兹生态城市与区域发展研究所，博士生）
通讯作者：段华波副教授（华中科技大学），白雪梅教授（澳大利亚国立大学）
全文链接：：https://www.nature.com/articles/s41561-023-01304-1
研究背景：
早在2020年9月22日，习近平总书记在第75届联合国大会上就曾庄严宣告：“中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”，提出了中国作为负责任大国应对全球气候变化的双碳目标。为此各地区、各有关部门围绕能源绿色低碳发展制定了一系列政策措施，推动太阳能、风能等清洁能源开发利用取得了明显成效。太阳能是最主要的清洁能源之一，也是实现双碳目标的重要基石。目前，中国太阳能发电的增长速度超过了世界上任何其他国家 ，占全球太阳能发电能力的36%（2021年），并计划到2060年使太阳能的发电占所有全国可再生能源比例的50%以上。而集中式光伏电站大量建设对土地资源带来了严峻的挑战（平均约17.5km2/GW）。例如，中国过去以在西北地区建设光伏电站为主，目前正转向中东部人口密集地区，且大量占用农业土地资源。如何持续开发太阳能并合理利用土地资源，并在不对稀缺土地资源特别是农业用地造成不利影响的前提下为太阳能设施提供充足的土地，是中国和与其他发展大力太阳能路径类似国家面临的巨大挑战，但迄今为止，这一问题在仍没引起足够关注，且尚未妥善解决。
研究方法：
本研究收集了中国大陆各省光伏电站的建造信息和国家对各类太阳能发电路径的规划数据，扩展与预测分析了中国三类太阳能发电设备（PV power station; Concentrated solar power; Construction-integrated PV system）的装机量。特别针对会大量占用土地的前两者发电类型，使用已获取的光伏电站土地占用数据估算了各省份2000年到2021年、并继续预测至2060年太阳能发电站土地占用量与土地占用类型，尤其是评估了占用较为宝贵的农业用地情况；同时还初步讨论了土地占用带来的经济社会和环境影响，并针对性提出了优化发展建议。
研究结论：
预计从2021年到2060年期间，中国的太阳能占地面积将增加14倍（从2021年的累积约1400km2增长到近20000 km2）。在过去十年中，西部对全国新增太阳能发电量的贡献率迅速下降，从 2012年的82%降至2021年的21%，到2060年可能继续下降至 15%，而东部的贡献率则继续增长。近年光伏发电站逐渐往东部迁移的趋势也对东部宝贵的农业土地资源带来了压力。对于相同数量的光伏开发，东部地区的耕地损失远远高于西部地区。东部地区集中式太阳能系统覆盖的总面积仅为西部地区的59%，但却占用了更多的耕地，由此可带会产生“蝴蝶效应”，造成不利的经济、社会和环境影响。
因此，在东部人口密集且土地资源稀缺地区大量建设光伏电站可能会不利于农业经济和农村的可持续发展，应该考虑东西部发展的空间差异性并因地制宜地制定太阳能光伏发展模式，包括在西部提高太阳能传输和利用效率，在东部提高土地利用效率。例如，在西部，发展储能技术和太阳能光热利用，以及调整产业布局如可将对劳动力需求低的能源密集型产业转移到西部充分利用清洁能源。而在东部，可将设施选址在低价值的贫瘠土地，并积极发展太阳能设施与生产作业的土地共享产业。目前政府正在布局的农业光伏与渔业光伏，但需要注意的是这类技术也会带来一些新的问题，如农业光伏可能影响机械化操作以及作物种类选择。此外，目前中国仍处于高速城镇化以及城市更新的进程，并持续大量建设基础设施，可大力发展分布式光伏电站，将光伏整合到建筑与基础设施中。
此外，各国在努力发展可再生能源的同时，也面临着与中国类似的空间发展失衡问题，截止2021年，全球光伏电站占地面积超过92000km2（相当于葡萄牙的国土面积），需要迫切关注能源发展与土地之间的“冲突竞争“关系。通过在提早充分认识和解决这些矛盾或问题，可以努力找到可持续的解决方案，最大限度地减少太阳能快速发展带来的负面影响，并确保全球碳中和目标的如期实现。
团队简介：杨家宽教授团队段华波老师长期从事环境系统分析，并侧重于可再生能源、无废资源循环与低碳评价研究。本研究在国家重点研发项目《风电场、光伏电站生态气候效应和环境影响评价研究》（2018YFB1502804）的支持下完成。团队近期还参与了国家长江生态环境保护修复联合研究中心课题《长江流域绿色发展策略研究》（2022-LHYJ-02-0401），将针对长江流小水电绿色低碳发展开展评价研究。
