欧洲能源转型，土地资源有缺口，究竟有多大？

阳光是可再生的，但土地不是，而且是最为稀缺的资源，特别是寸土寸金的欧洲。

正因如此，欧盟第一批国家已经开始从土地集约利用的角度，在某些确定性的场景强制要求安装光伏，比如车库。

法国今年7月1日正式生效的一项法律要求，拥有80个以上停车位的停车场，至少一半面积必须覆盖光伏组件。据法国政府称，光伏停车场可发电约 9 至 11 吉瓦。这大约相当于十座核电站。

德国也有类似的光伏要求：巴登-符腾堡州等四个州的新建停车场，必须配备太阳能电池板。该要求在今年11月起率先在黑森州强制执行。根据弗劳恩霍夫研究所的研究，德国政府计划到 2030 年安装的 215 吉瓦光伏发电容量中，近四分之一可能来自停车场光伏发电。

赶碳号建议，土地资源同样稀缺的我国，特别是东南沿海地区，似乎也应该有类似的强制性规定。当然，即使没有强制性规定，哪怕只是通过市场化来解决，以我们高歌猛进的工商业分布式光伏和储能的发展速度，可能也能实现类似新建车库有一半面积由光伏覆盖的要求。

全球顶级的战略咨询公司——麦肯锡，发布了一份关于欧洲能源转型如何解决土地资源紧缺问题的报告，值得我们学习。

法国停车场太阳能。图片：parkingindustry.ca

来源：麦肯锡

为了实现脱碳目标，欧盟需要扩大可再生能源产能。 确定和分配足够的土地将是这一努力的基础。

作为《欧洲绿色协议》的一部分，欧盟设定了到 2050 年实现气候中和的约束性目标。更具体地说，Fit for 55 一揽子计划设定了到 2030 年将温室气体 (GHG) 排放量减少至少 55% 的中期目标。此外，欧盟委员会还宣布了REPowerEU计划，其中包括“迅速减少对俄罗斯化石燃料的依赖并快速推进绿色转型”的措施。

扩大可再生能源 (RES) 发电能力对于欧盟实现其能源转型目标至关重要。尽管具体要求因国家而异，但需要快速加快新风能和太阳能光伏（PV）资产的年安装率。

REPowerEU设定了到2030年可再生能源装机容量达到1,236吉瓦(GW)的目标，要求在2023年至2030年期间新增超过700吉瓦的可再生能源装机容量，与2014年至2022年新增的可再生能源装机容量相比，年装机量增加了三倍（约230吉瓦）。

REPowerEU 的目标是到 2030 年太阳能光伏装机容量达到 600 吉瓦，风电装机容量达到 500 吉瓦，其中超过 90% 的目标额外容量将需要由风能和太阳能提供——这两者都需要大片的可居住土地。

在这篇文章中，我们解释了如何为可再生能源项目寻找足够的土地变得越来越具有挑战性。

除了土地的技术适宜性这一硬限制因素之外，欧洲还有大量土地由于严格的法规而无法开发。 剩余的可用土地通常非常适合其他社会或环境目标，例如农业和生物多样性保护，因此必须与其他社会或环境目标竞争。

我们以德国（欧洲最大的经济体）为案例研究，评估了可再生能源开发土地供应的关键权衡和主要障碍，特别是因为它与保护生物多样性和其他土地分配的需求有关。接下来，我们应用地理空间分析来确定可再生能源项目的成本最优土地。最后，我们确定了公共和私营部门利益相关者可以采取的行动，以确保采购土地能够实现有序的能源转型。

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用于可再生能源的土地，非常紧张

满足欧洲风能和太阳能光伏发电容量目标所需的土地数量巨大。

例如，在法国、德国和意大利，预计大约有 50% 的欧盟可再生能源安装量，要实现 2040 年可再生能源容量目标，将需要额外 23,000 至 35,000 平方公里的土地—— 相当于比利时的面积 。

土地还需要作为生物 CO 2的来源（易于补充的碳源，例如木材和其他生物燃料），用于碳捕获和储存的生物能源以及电子燃料的生产。

此外， 技术、监管和环境限制往往会减少可用于可再生能源开发的土地数量。 技术限制包括现有的可再生能源装置和自然风或阳光强度有限的区域。监管和环境限制承认当地社区对土地利用的担忧，可能会减少可用于可再生能源开发的土地。

这些限制是有效的，在评估与土地可用性相关的权衡和障碍时应予以解决。考虑到这些点，我们的估计表明， 德国约仅有9% 的可用土地适合风电，而意大利只有不到 1% 的土地适合无限制地发展太阳能光伏 （图表 1）。

限制保护区内的某些活动，是促进生物多样性的关键。

此外，可再生能源开发商应考虑靠近人口居住区和其他基础设施，如诊所、高速公路和工业区，以避免对社会福祉产生负面影响。

可以彻底调查这些限制因素之间的重叠，以确保通过适当的土地利用实现能源转型的目标。

影响欧洲土地可用性的最大因素是法规，特别是规定风力涡轮机和定居点之间最小距离的规则。 此类规则经常在区域层面制定，这意味着即使在国家内部，可再生能源开发的合规土地也可能存在很大差异。 这也会造成地区间紧张局势。

例如，在德国，关于陆上风电距定居点和基础设施距离的规定因州而异，并且根据这些规定， 该国大约 60% 的适宜土地被排除在考虑范围之外 。 在下萨克森州，所需的最小距离是涡轮机总高度的两倍。 相比之下，在巴伐利亚，到定居点的距离是涡轮机总高度的十倍， 将风电部署范围限制在 160 平方公里。

在意大利，由于对耕地使用的监管限制，太阳能光伏发电用地受到限制，在技术限制后，耕地约占总土地面积的三分之一，占可用土地总量的80%。农田排除，也带来了重大挑战，因为这意味着到 2040 年意大利要实现 63 吉瓦的额外太阳能光伏发电容量，需要高达 85% 的可用土地。

除了这些限制之外，使用土地进行可再生能源开发，可能会与使用土地进行粮食和生物质生产产生竞争，而这对于社会福祉是必要的。对于地面安装太阳能光伏发电来说尤其如此， 几乎所有合适的土地都可以用于其他目的。 尽管有一些解决方案可以帮助改善这种情况——例如，农业光伏可以成为利用农田安装可再生能源的解决方案，而不会显著限制粮食生产——但缺乏行业标准和监管激励措施阻碍了进展。与此同时，风对农作物产量的影响很小，但它可以显著影响生物多样性，特别是因为它与栖息地退化或鸟类和蝙蝠的消失有关。

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风电的最大挑战，竟不是来自环境

地理空间分析，利用来自地理定位活动的地理信息和卫星等遥感数据，并结合人工智能。 这可以帮助确定可再生能源项目的最佳位置，同时考虑其他土地应用的需求。

我们的分析重点是为德国陆上风电项目寻找合适的土地并部署空间优化。

评估风电项目可用土地的起点是一个国家的总领土。如果区域是城市、封闭森林或水体、军事区或机场，则自动被视为陆上风电开发的禁区。

技术限制叠加在潜在可用土地上。技术能力因素较低的陡坡区域以及现有设施周围的其他影响区域被排除在外。生成的位置通常遵循一个国家的地形特征。在欧洲， 阿尔卑斯山和比利牛斯山脉等山区以及太阳能和风能潜力较低的地区，占据了因技术原因而被排除的大部分土地。

其次，通过聚落边界和严格禁止的土地类型的环境限制，考虑可再生能源开发的突出规定，例如自然保护区、荒野地区、国家公园和纪念碑。对定居点边界的限制，导致根据到定居点的最小距离排除风能土地。最后，还评估了环境限制，不包括松散保护的土地和关键的生物多样性区域。

根据分析结果，技术、监管和环境限制，使德国可用于风电的土地减少了 82% （图表 2）。

最大的减少（近 60%）是由有关 定居点邻近性的监管 规则驱动的，而不是环境限制。

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部署的空间，如何优化

可能适合可再生能源的土地的能源潜力，和生产能源的成本各不相同。 应用空间优化模型，可以确定系统范围内可再生能源开发的位置，以达到总发电目标，同时最大限度地降低平均能源成本。

整数线性规划可以通过显示覆盖有网格的非限制土地区域的图像来帮助确定可再生能源部署的成本最优解决方案。 优化引擎选择某种风力涡轮机技术或排除它以形成空间解决方案。

由于在定义的约束内可能存在数百万个潜在区域解决方案，优化允许整数线性规划算法选择最佳的解决方案来满足目标，例如土地、建筑、电网连接和维护的总成本最低。 其他限制，例如限制一个地区的最大安装密度，以促进社会接受度和生物多样性17 号也可以考虑。

就德国而言，并非所有合适的土地都需要达到 2040 年 560 吉瓦的可再生能源目标。 我们的分析表明，通过在全国范围内选择最佳风电位置和涡轮机技术组合的空间优化方法，德国可以利用总土地面积的 3% 来实现其风电目标，而能源成本可能比德国低 22% 以上。

然而，这种最佳方案假设风力涡轮机的密度比迄今为止所达到的密度更高。德国的最大安装密度需要比当前值增加至少 20%，才能实现 2040 年的目标。由于风力涡轮机密度增加受到限制，与最佳无约束情景相比，能源成本将增加约 16%（图表 3）。

就德国而言，生物多样性高、且土地保护松散的地区，与有利的风区，并没有显著重叠。因此，保护这些地区不会严重改变成本或土地需求。此外，风电装机容量较高的地区不太适合太阳能光伏发电，这意味着可再生能源类型之间的竞争预计不会升级。然而，德国风能的有利地点显示出替代土地利用带来的更高的土地机会成本，而且鸟类数量普遍较高，这进一步使土地保护变得更加复杂（图表 4）。

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利益相关者，有哪些机会

价值链上的土地利用利益相关者，可以采取以下行动，以帮助减轻在确定和确保可再生能源开发用地的同时，出现瓶颈的风险：

更新空间规划和土地分配。

通过考虑自然优势（例如风速和太阳辐射）等参数，评估国家一级可再生能源的最佳地点；竞争性土地利用（例如粮食生产或生物多样性区域）；基础设施邻近性（例如通往场地的道路）；可用性（例如电网容量）和法规，包括环境冲突风险低的可再生能源“首选区域”的潜在分配。这些点可以根据最新的空间规划分配合适的部署区域，从而帮助保护可再生能源开发的足够土地。此外，利用地理空间建模可以帮助提高开发团队的效率，使他们能够开展有针对性的开发活动，特别是当土地所有权数据（如果有）丰富数据集时。

重新审视监管规则。

审查限制可再生能源开发土地分配的监管约束。例如，可以在不同地区协调有关定居点附近可再生能源开发的规则，在其他替代方案有限的情况下推广有利于可再生能源开发的做法。

最大限度地重新供电。

用更新的、节能的发电站取代旧的发电站，最大限度地提高现有发电站的开发潜力。这有助于增加总体装机容量，而无需额外的土地。

鼓励社会接受。

考虑为当地社区和土地所有者提供财政激励措施，以促进可再生能源目的的土地部署。例如，制定和推广长期土地租赁协议，将部分发电利润分配给居住在风电场附近的居民，并努力防止可再生能源密集地区出现更高的电网收费，以使当地社区不会因为受到影响而受到惩罚。

促进土地混合利用。

制定土地共享机制和相关商业模式，同时将土地所有者、可再生能源开发商、公用事业公司和监管机构聚集在一起。实现可再生能源容量目标所需的大片土地也可以同时用于其他目的。例如，典型风电场的官方土地面积中只有约 2% 至 3% 不能用于其他目的。

创新以保护生物多样性和可再生能源发展。

与环境团体（例如非政府组织和政府机构）和开发商合作，研究在可再生能源开发和运营过程中促进和保护生物多样性的机会。这可能包括受保护的动物迁徙路线或新的生境。

促进太阳能光伏发电在密封表面上的部署。

提供激励措施，最大限度地利用以前密封的表面进行光伏部署，包括那些用混凝土或石头覆盖的建筑物、道路、停车场和其他基础设施。这样做可以帮助保持自然土壤表面不受干扰，不仅有助于实现能源目标，而且有助于实现粮食安全目标。

以实现其既定目标所需的速度增加欧盟的可再生能源容量，将需要整个地区大量的土地，而这在一些国家可能是受限的。因此，欧洲各地的当地社区、企业和监管机构必须迅速携手行动，确保可再生能源发展的土地不会成为瓶颈。

与此同时，节约土地和增强生物多样性的可再生能源部署战略，可以帮助确保可持续性，并促进可再生能源系统部署的综合方法。

（文中图片为机翻，有不准确之处，内容仅供参考。）

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