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如果全部采用光伏发电,需要多大面积才能满足全国人民的用电需求?
时间:2023-08-02 06:31点击量:


特斯拉的老总伊隆.马斯克在powerwall的发布会上提到如果满足全美的用电供应,只需要这么一点点光伏板就够了!然后给出这张图

我不知道他是怎么算的,希望大神能解释。不知道如果情况放到中国,是什么情况呢?在中国需要多大面积才能满足全国人民的用电需求?
BTW,特斯拉推出的这个电池如果换小米来生产是不是能更便宜?

谢邀!

没有具体数据,无法给题主确切的回答。

只提供的思路吧。

需要光伏发电面积=全国人民用电需求/(单位面积和时间的光伏发电能力*光照时间*空气透光率*。。。。等)

其中,

单位面积和时间的光伏发电能力随太阳能板的种类而有所不同

光照时间取决于季节和纬度等

空气透光率应该小于1

另外还有很多一时想不到的因素添加进去,应该能得出结果了。

以上。

正常比较好的天气,3个平方一天大概2度电,知道全国用电就可以了

由于一直没有得到满意的答案,我自己算了一下,如果有不对的地方,还请指正:

比海南省的面积还小,like this:

-----------------------------------------------------以下是我的计算过程----------------------------------------------

以我们公司目前的生产水平,一块尺寸为1640*992的组件标称容量基本在260Wp左右。

1MW需要组件数量=1000000/260=3847片;

组件面积为3847*1640*992/1000000=6257.23平米

发电量放在日照充足的新疆(一类地区)跟放在阴雨绵绵的四川(四类地区)差别是很大的,根据中国气象局:《2015年中国风能太阳能资源年景公报》数据:

太阳总辐射量取1500 kWh/m2是合理的;确定了Ha的平均值,咱们就可以根据《光伏发电站设计规范 GB50797-2012》第6.6条:发电量计算中规定:

Ep=1500*1000*0.8=1,200,000kW.h。即1MW的光伏组件一年可以发出120万度电。这与我们公司自己测算数值基本保持一致。

那要发多少电才能满足我们全国人民的用电需求呢?根据国家能源局的数据(国家能源局发布11月份全社会用电量---国家能源局)可以看到:截至2016/2/22日,2015年1~11月全国全社会用电量累计50493亿千瓦时,没有12月份的数据,姑且认为11月用电和12月用电一样多吧,2015年咱们中国用了55151亿度电。

不难得出,为满足要求,我们需要551,510,000/120=4,595,917个1MW光伏组件!再根据1MW组件面积计算,4,595,917*6257.23/1000000=2.876万平方公里!

中国最小的省就是海南省,其土地面积为3.438万平方公里,也就是说所有组件的面积还不到海南面积的85%!占全国国土面积的0.3%!


题主的问题已经有人在Quora问过了[0],以下是英文搬运

A=所需面积

E=太阳能板效率

H=日照时长

S=太阳能每单位面积的功率

U=美国全年用电量

可得

A=U/(S x H x E)

假设有85%的时间天气晴朗日光充足,15%的时间为阴天,此时太阳能功率只有10%。每天日照时长取12小时。

H=85% * 365.25天/年* 12小时/天=3725小时

单位面积接收到的太阳能功率约为 S=250W / m^2,早晨以及傍晚的低光影响已包含在内。

商用太阳能板效率约为 E=16%

A=U/(S x H x E)

=U / (250 W/m^2 * 3791 h * 16%)

=U / 151.640 GWh/km^2

2014 年美国用电量 4,092,935 GWh

A=4,092,935 GWh / 151.640 GWh/km^2

=26,990 km^2

预计实际情况 预留+20%面积

A'=A * 120%=32,388 km^2

效果如图所示:

//---------------------------------

2014 年中国用电量 55233 * 10 ^ 8 kWh[1],S, H, E数值不变

A=5,523,300 * GWh / 151.640 GWh/m^2

=36,423 km^2

同样预留+20%面积

A'=A * 120%=43,708 km^2

效果如图所示

在东南沿海城市,人口密集,建筑容积率大,屋顶发电无法满足需求,郊外绿地也不宜破坏。因此戈壁滩上的太阳能板,就是中国转型清洁能源的出路啊。

//---------------------------

P.S.

1. 由于太阳在晚上是不出现的,需要储能电池将白天富余的电力储存下来,晚间释放,所需的面积约为矩形中的一个小圆圈,具体比例请看题主所提到的Tesla Energy发布会视频

2. 电网传输损耗并未计算在内

3. 这是以太阳能板发电代替其他发电厂的估算,完成可持续能源转型还需要将所有内燃机车辆替换为电动车,所需能量并未计算在内。

Reference

[0]How do I find the breakdown of Elon Musk's claim about how much surface area it takes to power the US with solar panels? - Quora

quora.com/How-do-I-find

[1]国家能源局发布2014年全社会用电量 - 国家能源局发布2014年全社会用电量---国家能源局

我不是理工科生 具体的光伏转化和发电量测算我不会 楼上的各位已经说得听明白了

但是我要指出的是,有这么大的面积做光伏发电,还要考虑储存和消纳问题。前者目前似乎在技术上未有什么进展。后者是国内这两年存在的大问题,西北和内蒙大片的光伏电站现在被迫弃光,原因就是当地无法消纳,而当地的电网输送能力也没这么强大。因此,国家层面上是启动特高压输电线路,而从企业自身来说,越来越多的项目开始转移到中东部地区。

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