2050年，太阳能光热将发挥怎样的作用？
这是国际task52在城市环境太阳能热力与能源经济学研究项目中计划回答的主要问题之一。作为国际能源署太阳能供热和制冷项目的一部分，丹麦奥尔堡大学选择了欧洲四个主要的太阳能热利用国家——奥地利，丹麦，德国和意大利，模拟2050年各国热能总量中的太阳能份额。根据这些国家基础和方案，该大学的估计范围为3%-12％，这四国中每个将需要400万到1.75亿平方米的太阳能集热面积。尽管气候、能源需求和网络设计差异很大，但在高渗透情景下，四国的太阳能热能占比相当相似。“这一研究结果可适用于各种能源系统，包括在那些不直接参与的部分国家。” 这是来自奥尔堡的研究人员得出结论。他们还强调了太阳能热能可以减少对稀缺资源的压力，如生物质。
照片来源：Riccardo Battisti
在与行业利益相关者磋商之后，任务成员为所有模拟设定了边界条件：20％至50％的用户连接到区域供热网络，或家庭用户自己安装的太阳能热利用系统，考虑夏季过热因素，太阳能热能资源浪费少于5％。这是用于评估太阳能热潜力的饱和设计，包括具有独立供热解决方案的单户住宅和具有短期存储的太阳能区域供热。
该模拟是基于奥尔堡大学可持续能源规划研究组开发和维护的技术经济EnergyPLAN模型。该模型逐时模拟了国家能源网络，如电力、运输、供热和制冷部门以及工业。据www.EnergyPlan.eu显示，该“免费软件”已被广泛应用于数百种科学出版物和报告。
以2010年为研究基准水平。参考business-as-usual（BAU）预测，预计在2010年至2050年之间，太阳能热能不会比现有贡献更大（见下图）。
接下来的模拟情景包括更有利的发展因素，因为改造（热节约）而减少对热能需求，以及系统（区域供热）扩大到供暖和电力的高比例可再生能源（High RES）。
图：到2050年，太阳能热潜力平均太阳能热渗透率为35％。左边指太阳能光热总产量所占的份额。太阳能冷却不在模拟部分之内（资料来源：奥尔堡大学）。
上图显示了四个国家的太阳能热能潜力，假设平均渗透率为35％，这意味着35%的建筑物都连接到太阳能热电厂，或者直接坐落在建筑物内，或者通过太阳能区域供热网络。这两个方案有利于太阳能光热的储蓄和供热使用。由于许多现有的区域供热网络（占所有热量的70％），只有极少数的基础热厂在运行，例如过程废热，意大利的太阳能份额显著增加。丹麦的集中供热份额也很高（60％），但是各国已经安装的许多基本的垃圾焚烧系统，降低了热能使用的灵活性，为新太阳能光热系统留下了空间。
在节能方案中，建筑物对热量需求的减少反而使太阳能光热对家用热水生产和空间采暖的贡献更大。区域采暖方案中更广泛的网络部署将增加太阳能热利用的机率，因为消费者在存储和分配热量之间有更多的选择，而且增加混合系统（例如热电和热泵组合）的灵活性。在高RES情景中，由于更广泛地使用其他热源，例如地热，工业废热和垃圾焚烧，太阳能潜力降低。
2050年400万到1.75亿平方米太阳能集热面积
研究人员强调对整个网络系统分析的重要性以及通过能源部门促进发展。
未来，在所有能源市场中，诸如生物质等稀缺资源将会高度需求，从而提高太阳能热供应的相关性。模拟结果表明，如果以热电行业为例，提高可用太阳热能潜力可将生物质需求总体减少2％。
显然，太阳能渗透率与独立系统和区域供热的总太阳能热能应用密不可分。假设渗透率为35％，太阳能热能产品可能占所有热能产品5％-8％。若渗透率为50％，这一份额将增加到6％-12％之间，若渗透率为20％，这一份额将下降为3％-6％。下表1显示，在节约用热和区域供热方案中太阳能热能份额明显增加，集热面积也随之增加，但太阳能总产量由于总体需求下降而下降，因此需要较少的集热器安装量。
表1：太阳能热能输出潜力，两个渗透率（20％和50％）的集热器份额和安装面积。百分比描述了太阳能在全国热能总产量产的份额，包括区域供热网络的损失。 在这张表中，Mm²是数百万平方米的缩写，表示所需的集热器面积（资料来源：奥尔堡大学）。
表2：四个国家和两类应用的太阳能产量假设（千瓦时/平方米）（资料来源：奥尔堡大学）
（ 编译：陈讲运 来源：IMSIA国际金属太阳能产业联盟）
