재생 가능한 전력 생산을 위한 옥상 태양광 발전 잠재력에 대한 고해상도 글로벌 시공간 평가

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Sep 12, 2023

재생 가능한 전력 생산을 위한 옥상 태양광 발전 잠재력에 대한 고해상도 글로벌 시공간 평가

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Nature Communications 12권, 기사 번호: 5738(2021) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

옥상 태양광 발전은 현재 전 세계 태양광 발전 설치 용량의 40%를 차지하고 2018년 총 재생 가능 용량 추가의 1/4을 차지합니다. 그러나 높은 시공간 해상도에서 글로벌 잠재력과 관련 비용에 대한 정보는 제한적입니다. 여기에서는 빅데이터, 기계 학습 및 지리공간 분석을 사용하여 옥상 태양광 발전 잠재력에 대한 고해상도 글로벌 평가를 제시합니다. 우리는 전 세계 지표면적 1억 3천만km2를 분석하여 옥상 면적 0.2백만km2를 구분합니다. 이는 총 40~280$ MWh−1의 비용으로 27PWh yr−1의 발전 잠재력을 나타냅니다. 이 중 10PWh yr−1은 100$MWh−1 이하에서 구현 가능하다. 글로벌 잠재력은 주로 아시아(47%), 북미(20%), 유럽(13%)에 분산되어 있습니다. 잠재력을 달성하는 데 드는 비용은 인도(66$MWh−1)와 중국(68$MWh−1)에서 가장 낮으며, 미국(238$MWh−1)과 영국(251$MWh−1)이 가장 비용이 많이 드는 국가입니다. 국가.

1958년 NASA(미국 항공 우주국) Vanguard 위성에 전력을 공급하는 것부터 사하라 사막 이남 아프리카의 주택 조명에 이르기까지 태양광 발전(PV) 기술은 먼 길을 걸어왔습니다. 태양광 발전 포트폴리오의 하위 집합인 RTSPV(Rooftop Solar Photovoltaics) 기술은 개인 주택 소유자나 대규모 산업 및 상업 단지에서 분산형 시스템으로 배포할 수 있습니다. 지난 10년 동안 정책 중심 이니셔티브와 함께 배포 비용 절감으로 인해 전 세계적으로 RTSPV가 빠르게 활용되었습니다. 2006년부터 2018년 사이에 RTSPV의 설치 용량은 2.5GW에서 213GW로 증가했습니다. 이는 전 세계적으로 85배 증가한 수치입니다1. 41GW의 추가 용량 설치를 통해 RTSPV는 현재 전 세계 태양광 PV 누적 설치 용량의 40%를 차지하고 2018년 총 재생 가능 용량 추가의 거의 4분의 1을 차지하며 이는 석탄과 원자력의 신규 설치 용량을 합친 것보다 큽니다. . 동시에 RTSPV 기술은 2019년에 63~265$ MWh−1 범위의 배포 비용이 급격히 감소한 것을 보여주었습니다. 이는 2010년 값에 비해 42~79% 감소한 수치입니다2.

2018년 전 세계적으로 약 8억 명의 사람들이 전기를 공급받지 못했으며, 이들 중 대다수는 농촌 지역에 살고 있습니다3. 여기에서 지속 가능한 개발 목표(SDG) 7의 정신을 발전시키는 데 있어 분산형 옥상 PV의 역할이 매우 중요해집니다. RTSPV의 빠른 설치 시간과 낮은 수준의 비용은 시민이나 지역 사회를 프로슈머로 만들어 에너지 접근 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 프로슈머는 중앙 집중식 그리드 인프라에만 의존하지 않고도 요구 사항에 따라 전기를 생산하고 소비할 수 있습니다. 가장 빠른 연간 성장률4을 지닌 가장 빠른 배치 가능한 에너지 생성 기술인 태양광 PV 기술은 2050년까지 전 세계 전력 수요의 25~49%를 공급하는 동시에 2018년부터 2050년까지 최대 1,500만 명에게 고용을 제공할 것으로 예상됩니다5. 이 중 RTSPV 배치는 2050년까지 총 태양광 PV 파생 전력 생산량의 최대 40%를 차지할 것입니다.

RTSPV의 배치 증가는 독일 옥상 태양광 발전의 성공적인 구현에서 볼 수 있듯이 현재 에너지 생성 혼합에서 화석 연료를 대체하는 것을 지원할 수 있습니다. 미래에 에너지원으로서 전기에 대한 수요가 증가함에 따라 RSTPV 기반 발전원은 미래 재생 기반 발전 포트폴리오의 큰 부분을 차지할 것입니다. 미래의 저탄소 발전 용량 확장과 결합된 현재 발전 구성의 이러한 변화는 에너지로 인한 온실가스 배출을 줄이는 데 도움이 될 수 있으며, SDG3의 공동 이익과 함께 기후 변화에 대처한다는 SDG13 목표를 달성하는 데에도 도움이 될 수 있습니다. 따라서 RTSPV 기술은 기후 변화에 대처하고 지역 대기 오염을 줄이며 개발을 가속화하고 전기가 부족한 지역에 저렴한 에너지 접근을 제공하는 소비자 중심의 혁신으로 이어질 수 있습니다.

195 countries, spanning 130 million km2 land area, containing buildings ranging from detached rural nucleated settlements to global conurbation dotted by multi-storied skyscrapers across varied geographies./p>300 million individual buildings ranging from small outdoor sheds to mega factories. The building samples also provided us with a diverse set of building types in different geographies spanning a wide spectrum of socio-economic stages of development. These global sample sets (Fig. 3a, Supplementary Table 1) are a marked improvement over the previous literature, where a narrow sampling strategy often at a city/country level is undertaken. Using heterogeneous global building samples enables the overall analysis to be more resistant to generalization error which is introduced due to overreliance on a small set of similar built-up landscapes./p>16 million km of roads for our sample FNs (Fig. 3b)./p>1500 people/km2), with 55% (15 PWh yr−1) of the potential being dispersed within the low-density areas (<500 people/km2). Amongst the countries, China (4.3 PWh yr−1), the USA (4.2 PWh yr−1), and India (1.7 PWh yr−1) have the highest yearly potential (Table 1). A ±1% deviation can be observed in the yearly global potential due to the aggregation methodology of the CF factor (Supplementary Fig. 2)./p>300 million individual buildings) were split up based on the FN layer for each FN cell overlapping the sample countries, further masked to remove building footprints outside of the BAFN layer. The unmasked building footprints were aggregated based on the following:/p>