基于高分辨率废物流地图的中国光伏组件退役循环经济路径优化与环境经济效益评估

针对中国即将爆发的光伏组件退役潮带来的资源环境挑战，山东大学李佳硕团队通过构建多模型多尺度评估框架，首次绘制了2050年前中国光伏废物流高分辨率地图，揭示了西北-华北-东部梯次出现的废弃物热点区域。研究发现组合策略(寿命延长+全生命周期回收)可减少39 MtCO2eq排放并节省23亿美元成本，为区域差异化回收政策制定提供了量化依据。该研究发表于《iScience》，为光伏行业循环经济转型提供了关键决策支持。

　　

随着中国"双碳"战略的推进，光伏装机量预计将在2050年达到2200 GW，较2020年增长近9倍。然而光伏组件25-30年的使用寿命意味着即将迎来大规模退役潮，预计到205年中国将产生2600万吨光伏废弃物。这些废弃组件不仅占用土地资源，还会造成银、硅等战略金属流失，阻碍光伏产业链的低碳化进程。国际可再生能源机构(IRENA)已多次呼吁建立光伏废弃物管理体系，但现有研究存在两大局限：一是采用全国平均增长率估算废弃物量，忽视了中国各省份光伏部署的时空异质性；二是使用静态质量-功率比参数，未能反映光伏技术材料效率的历史演变和未来趋势。

山东大学蓝色绿色发展研究院联合阿德莱德大学等机构的研究团队，在《iScience》发表了题为"基于高分辨率废物流地图的中国光伏退役组件循环经济路径优化"的研究。该研究创新性地整合电力系统优化模型、动态物质流模型(PV ICE)和生命周期评估方法，首次绘制了1km×1km网格精度的中国光伏废物流时空分布图，并量化评估了不同管理策略的资源-环境-经济效益。研究发现组合策略可减少39 MtCO₂eq排放，为光伏行业循环经济转型提供了关键决策工具。

研究团队主要采用三项关键技术：1)基于5000+光伏电站地理信息的省级电力系统优化模型，模拟2050年前各省光伏装机容量；2)动态物质流分析工具PV ICE 2.1，整合Weibull寿命分布函数和时变材料效率参数；3)包含运输成本、处理工艺和外部成本的全生命周期成本效益分析框架。

研究结果首先揭示了光伏废弃物的时空演变规律。通过"省级光伏部署预测"发现，西北和华北地区将始终主导光伏装机市场，2050年新疆、山西、河北将分别占全国总装机量的19%、9.7%和8.2%。"废弃物热点区域转移"部分显示，废弃物量将从2030年的320万吨激增至2050年的2600万吨，西北地区热点最早在2034年出现，随后向华北、东部梯次扩散。值得注意的是，新疆、江苏、山东等五省将贡献全国47%的废弃物量。

在"不同管理策略的效益评估"部分，研究对比了五种情景：基准情景(S1)、寿命延长至40年(S2)、加强退役组件回收率至85%(S3)、提升制造阶段回收率(S4)和组合策略(S5)。结果显示，单纯提高制造阶段回收率(S4)的环境效益有限(仅减少35 MtCO₂eq)，而退役组件回收(S3)虽能减排55 MtCO₂eq却会使成本增加93%。寿命延长策略(S2)最具成本效益，可减少38%废弃物并提升65%净收益。最优的组合策略(S5)能回收68.8%的玻璃组分，而银、铝、硅虽仅占废弃物总量的21%，却贡献了90%的经济价值。

"敏感性分析"揭示了关键影响因素：组件寿命从20年延长至40年可使废弃物量波动144%；银价波动对回收利润影响最大，历史最高价可使收益提升55.6%。基于这些发现，作者在"讨论"部分提出了差异化政策建议：西北地区应优先建设回收试点并配套补贴机制；山东、江苏等废弃物集中区需禁止填埋处置；而上海等废弃物量少的地区可采用跨区域协作模式。

该研究的创新价值在于首次构建了考虑技术演进和空间异质性的光伏废物流预测框架，其高分辨率地图为回收基础设施布局提供了精准导航。提出的"寿命延长+全周期回收"组合策略，既解决了短期回收经济性难题，又兼顾了长期资源安全需求。特别是发现银、硅等关键金属的价格敏感性远超预期，建议通过最低收购价机制稳定回收市场，这一发现对完善生产者责任延伸制度具有重要启示。未来研究可进一步纳入新型光伏技术(如钙钛矿)的废弃物特征，并动态更新回收技术成本参数。