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当前，可再生能源发展遇阻，视觉影响成为地方反对的重要因素。研究人员开展 “量化可再生能源可见性与系统成本之间的权衡” 研究。结果表明，适度考虑视觉影响对德国能源系统成本和设计影响不大，严格限制则会大幅增加成本。该研究为能源规划提供重要参考。
在应对气候变化的征程中，用可持续的低碳可再生能源替代传统化石燃料是关键一环。近年来，风能和太阳能成本大幅下降，在经济上更具竞争力。然而，可再生能源的发展速度却不尽如人意，当前的增长态势难以实现将全球升温控制在 1.5°C 以内的目标。在欧洲，尤其是德国，经历多年的装机容量扩张高峰后，可再生能源的增长速度急剧下滑。
造成这一现象的原因是多方面的。冗长的审批流程、供应链问题以及电网扩展不足等都在一定程度上阻碍了可再生能源的发展。但其中，当地民众对可再生能源技术，特别是风力涡轮机的反对，成为了最为显著的障碍之一。风力涡轮机的建设常常遭到当地利益相关者的抵制，其对景观的视觉影响成为人们关注的焦点。在风景优美的地区，涡轮机的安装往往被拒绝，而在景观相对普通的地区则更容易被接受。太阳能虽然对景观的影响相对较小，引发的公众反对也较少，但大规模光伏发电（PV）的视觉影响同样受到审视，在某些地区，反对程度甚至超过了风力发电。这些视觉影响，再加上噪音、对野生动物的威胁以及房价下跌等问题，使得当地居民对可再生能源设施的接受度随着距离的增加而降低。
为了解决这些问题，来自德国于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich GmbH）、亚琛工业大学（RWTH Aachen University）等机构的研究人员开展了一项研究，旨在量化可再生能源可见性与系统成本之间的权衡关系，并将研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用了多种技术方法。首先是反向视域分析（reverse viewshed analysis），这一方法从需要保护的景观区域角度出发，而非传统的从项目自身角度进行视域分析，能够提前评估可再生能源基础设施的视觉影响。研究人员利用德国哥白尼数字高程模型（Copernicus EU - DEM）v1.1，以 25 米的网格分辨率，从 357,588 个代表德国每平方公里的视点进行反向视域计算，生成反向视域地图，并将其作为排除区域纳入土地适宜性评估。其次，运用开源框架 ETHOS.GLAES 进行土地适宜性和可再生能源潜力评估，综合考虑法律、地理、技术、环境等多种限制因素，计算不同能见度情景下的可再生能源潜力。最后，通过 ETHOS.NESTOR 能源系统模型进行能源系统优化，以 2045 年实现温室气体中和为目标，确定不同能见度限制下能源系统的成本最优转型路径。
反向视域地图和情景
研究人员对德国全境进行反向视域分析，生成了反向视域地图，并纳入 9 种不同的能见度情景。这些情景考虑了人们对可再生能源技术在景观重要区域（如风景优美或人口密集地区）潜在视觉影响的敏感度。通过设定不同的风景度和人口密度阈值，确定了可再生能源系统不可见的区域，以此评估不同情景下的可再生能源潜力变化。
风景优美和人口密集地区不可见的可再生能源电厂
研究发现，德国现有的可再生能源电厂大多位于风景度和人口密度较低的区域。随着风景度的提高，可见的电厂数量减少；对于人口密度，虽然陆上风电的趋势不太明显，但露天光伏的趋势较为一致，多数露天光伏项目位于人口密度低的区域。在不同能见度限制下，陆上风电和露天光伏的容量潜力会逐渐降低，而海上风电的容量潜力和适宜区域则保持不变。例如，当排除从风景度为 9 的区域可见的可再生能源时，陆上风电容量潜力降低 10%，露天光伏降低 4%；当考虑从平均风景度区域不可见的情景时，陆上风电容量潜力降低 99.3%，露天光伏降低 93.5% 。同时，减少可再生能源基础设施在高密度城市中心的可见性，也会降低陆上风电和露天光伏的潜力。
对系统成本和能源转型路径的影响
利用不同能见度情景下剩余的可再生能源潜力，研究人员确定了德国能源系统实现 2045 年温室气体中和目标的成本最优转型路径。研究表明，排除从最风景优美或人口最密集地区可见的大规模可再生能源基础设施，对最优系统成本影响不大；但当排除从风景度大于 8 或人口密度大于 1500 人 /km2 区域可见的可再生能源系统时，系统成本开始逐渐增加；当限制可再生能源基础设施位于从平均风景度及以上区域不可见的位置时，2045 年每年的系统成本最高可增加 455 亿欧元；若不使用从平均人口密度区域可见的可再生能源基础设施，系统成本每年最高可增加 564 亿欧元，其中能源部门成本增加最多，可达 38%。
在严格的能见度限制情景下，陆上风电和露天光伏的电力供应下降，被海上风电和屋顶光伏替代。这导致屋顶光伏的大规模部署需要大量的储能设施，储能部门成本相比基础情景最多可增加三倍。同时，这种策略还会使德国在 2045 年耗尽屋顶光伏和海上风电的容量潜力，并且在工业和住宅部门显著增加天然气的使用，导致从 2040 - 2045 年需要在短时间内淘汰化石燃料。此外，由于对视觉影响的担忧而大量放弃陆上风电和露天光伏的使用，还会影响绿色氢的供应，使得在严格能见度限制情景下，绿色氢的进口量大幅增加，到 2045 年可达 300 太瓦时（TWh）。
研究结论表明，在德国可再生能源规划中，适度考虑视觉影响在经济上是可行的，不会对能源潜力、优化成本和能源系统转型设计产生显著影响，且在这些适度情景下，相比陆上风力涡轮机，部署视觉影响较低的露天光伏更具优势。然而，严格的能见度限制会导致能源系统成本大幅增加，达到 38%，并可能降低德国能源系统的弹性。为了实现可再生能源的社会可接受部署，在高视觉敏感度情景下，需要解决屋顶光伏发展面临的诸多问题，如高昂的前期投资、所有权和利益分配不明确、信息传播不足等。可以通过提供针对低收入家庭的补贴、推进支持集体自消费框架的政策以及规范新公共建筑的太阳能义务等措施来加速屋顶光伏的部署。
此外，严格的能见度限制还会导致对绿色氢进口的依赖增加，可能引发出口国的排放问题。因此，需要探索其他策略来减少对绿色氢进口的依赖，如开发国内生物质潜力和通过建筑改造实施需求侧管理以降低电力需求。同时，研究还指出，将可再生能源基础设施隐藏在风景优美或人口密集地区之外的策略，可能会引发分配正义问题，因为这可能导致利益和负担在空间上的不平等分配。但这种影响不仅取决于基础设施的位置，还与可再生能源安装的利益再分配方式有关。
该研究为可再生能源规划提供了重要的参考依据，其开发的分析框架能够将视觉影响考虑因素提前整合到大规模空间尺度的技术经济能源系统规划中，有助于在理解不同规划安排对整体能源转型和系统成本影响的基础上，实现可再生能源的合理部署。同时，研究强调了在规划过程中结合其他措施来提高当地对可再生能源项目接受度的重要性，如确保当地社区参与规划过程和提供所有权计划等。此外，该研究的方法和结论在其他地区也具有一定的适用性，可根据当地情况进行调整和应用，为全球可再生能源的发展提供了有益的借鉴。
