将采矿后土地改造用于太阳能：基于GIS的光伏潜力评估

《Resources Policy》：Repurposing post-mining land for solar energy: A GIS-based assessment of photovoltaic potential

　　• 两种方法揭示了太阳能潜力，并强调了遮挡效应的重要性。• 在瓦尔布日赫的废渣场上，大约可安装90至116兆瓦峰值的光伏容量。• 矿业废弃废渣场展现出巨大的光伏开发潜力。引言"毫无疑问，人类活动导致大气、海洋和陆地变暖。大气、海洋、冰冻圈和生物圈已发生广泛而迅速的变化。"这一表述是近2500页的《联合国气候变化专门委员会报告》（2021）中的结论之一。在损害环境的各种因素中，研究人员特别强调了化石燃料的燃烧，它向大气中排放了大量二氧化碳（美国国家研究理事会，2020）。日益加剧的气候危机和即将到来的能源转型使得对可再生能源投资的合理规划变得至关重要。为应对这些挑战，可再生能源微型发电装置的数量持续快速增长，这有助于实现能源分散化并减少污染（Bielecki等，2025）。仅在2024年，波兰就有近14万个此类发电装置接入电网（波兰输配电协会，2025），因此国家和地方当局应支持决策过程，尤其是与新项目建设选址相关的决策。在即将到来的能源转型背景下，可再生能源这一议题尤为重要。欧盟当前政策设定了成员国到2050年实现温室气体净零排放的目标。据估计，当前向大气排放的温室气体中，超过75%直接来自电力生产（欧盟委员会网站，2022a）。使用硬煤和褐煤燃煤电厂对这一排放份额贡献最大（欧洲议会网站，2018）。欧盟旨在减少温室气体排放的行动中，优先关闭通过固体燃料燃烧发电的电厂。这种形势迫使成员国寻找新的可再生能源解决方案并扩大现有方案。目前依赖煤炭开采或历史上受煤炭产业塑造的地区，面临能源转型负面后果的最大暴露风险。向非常规能源转变和采矿业的终结可能加剧社会、经济和环境问题（?elisko和Ogórek，2024）。为应对这些风险，地方经济需要产业多元化和现代化努力，这需要大量财政资源。为此目的筹集的资金可能来自欧盟委员会提供的支持工具（欧盟委员会，2020）。波兰电力生产仍严重依赖硬煤和褐煤（2024年56.6%的电力来自燃烧这两种燃料（能源市场机构门户，2025）），面临着与逐步淘汰这些能源相关的严重挑战。确保所有利益相关方实现公正转型的行动仍然至关重要（Koz?owska-Woszczycka和Pactwa，2024）。为最大限度减少欧盟成员国转型过程中产生的社会、经济和环境影响，欧盟委员会于2020年启动了公正转型机制（Jonek-Kowalska，2024）。需要特别支持的地区及其需求和目标通过与委员会对话确定，相关成果纳入《领土公正转型计划》（TJTP）（欧盟委员会，2022b）。然而，这些计划主要关注劳动力市场影响和化石燃料行业，往往忽视其他部门的转型和可再生能源的作用（Abram等，2022）。与此同时，可再生能源发展可能带来环境和经济社会效益，包括改善空气质量、促进地方经济活动机会以及可能改善对平价能源的获取。这些潜在效益为在更广泛的《领土公正转型计划》中考虑可再生能源发展提供了依据。然而，实现这些效益取决于当地的经济、制度、基础设施和社会条件。太阳能发电的增长最为迅速。2014年至2024年间，太阳能在全球电力生产中的份额增加了约八倍，达到6.9%（EMBER，2025）。在欧盟，同期增长超过三倍，达到9.1%（EMBER，2024）。推动光伏发展的关键因素包括安装和面板制造成本下降（Jones-Albertus等，2018）、服务业日益重要（Krozer等，2025）以及强有力的政治支持（Wang和Liu，2024）。地面式光伏电站经常面临公众批评。Hilker等（2024）的研究表明，勃兰登堡州大部分受访者并不主要将其视为迈向气候中性的举措，而是视为工业用地用途，尤其是在位于农业区域时。因此，屋顶光伏安装受到更高评价，因为它们不会对周围环境产生显著干扰。分析人士发现后工业区具有特别高的潜力，这些区域通常靠近市中心。被指定进行振兴改造的区域，代表了规划可再生能源投资的理想选址（Palmer等，2019）。上述提到的例子包括废弃露天矿场和废渣场（Al Heib和Cherkaoui，2021）。废渣场作为储存采矿过程中产生的固体废物的场所，构成了矿区及后矿区景观的组成部分（Nguyen，2025）。在波兰，此类废渣场在硬煤开采相关区域占据特别大的面积（?upie?owiec等，2022）。由于不稳定、自燃风险和陡峭坡度等原因，矿渣堆体的利用存在挑战。光伏安装被认为是开发废渣场最有效的方式之一，无论从环境还是经济角度来看（Bia?as和Koz?owski，2024）。基于上述分析，本研究旨在分析后矿区开发太阳能的潜力。本研究利用地理信息系统（GIS）工具和公开数据，探索屋顶表面和废渣场安装光伏板的适宜性。研究问题聚焦于评估后矿区用于"绿色能源"的潜力。主要问题包括：1. 废渣场具备什么样的太阳能潜力，与屋顶潜力相比如何？2. 在分析表面太阳能潜力时应考虑哪些因素？3. 太阳能潜力评估如何有助于确定后矿区适合进行可再生能源投资的位置？本文结构安排如下。第2节呈现关于城市和后工业区太阳能的文献综述。第3节介绍实现研究目标所使用的材料和方法。第4节描述研究区域。第5节展示研究结果。第6节讨论研究结果并与其他研究结果进行比较。第7节概述研究局限性和进一步研究计划。第8节总结研究结论。章节摘要文献综述近年来，可再生能源在全球（Statista，2025）、欧洲（Eurostat，2025）以及各欧盟成员国层面在整个能源结构中的占比持续增加。图1（a、b）展示了2023年可再生能源能源总占比，包括电力生产、供暖制冷和交通运输能源使用。尽管在分析期间内可再生能源占比存在年度波动，但数据显示领先国家（瑞典、材料所使用的数据类型因分析主题而异。太阳能潜力计算依赖于从Geoportal.gov服务获取的数字表面模型（DSM），该服务是矿业与测绘总局（GUGiK）管理的空间数据基础设施的主要入口。DSM的参数因区域和数据采集时间而异。表2展示了研究区域所用模型的基本元数据。对于太阳能研究区域本研究区域包括位于波兰西南部下西里西亚省的瓦尔布日赫市。根据2024年数据，该市拥有98,748名居民，在全国排名第三十七，在省（voivodeship）内排名第二。其总面积84.7平方公里，在全国排名第四十二，在省内排名第三（波兰统计局，2024）。总建筑面积为319.4公顷，其中超过40%为住宅建筑（图4）。工业设施占额外开放数据方法的结果开放数据方法生成了栅格文件，表示到达屋顶和废渣场表面的太阳辐射量，以千瓦时/平方米为单位。图7展示了结果可视化的部分区域。对数值分布的分析（图8）显示，屋顶和废渣场的结果之间存在强烈相似性，包括第二和第三四分位边界位置可比较，以及相似的最大值和中位数。对于开放数据方法，中位数讨论两种不同方法的使用提供了更广泛的太阳能潜力评估视角，并突出了考虑遮挡效应的重要性。结果表明，开放数据方法主要适用于初步识别可能适合安装光伏板的表面，尤其是对于屋顶。忽略遮挡效应会显著影响最终结果，并可能导致不准确结论。这种方法可能更适用于局限性与未来展望本研究获得的数值提供了到达分析表面的太阳能和潜在发电量的近似估计。这些估计本质上反映了天气变异性，特别是年日照时数。计算基于多年平均值，只能部分反映未来条件。对于屋顶，评估仅考虑了可能适合光伏安装的部分。更详细的分析结论虽然与屋顶和其他表面相比，后矿区并未显示出更有利的屋顶几何条件用于光伏安装，但投资这些地区仍然值得。退化区域往往面临社会经济和环境挑战，将其再利用于可再生能源生产可能提供支持更广泛的区域发展和能源转型目标的机遇。向可再生能源转型也具有重要的象征意义，特别是在CRediT作者贡献声明Mateusz ???ny：撰写—审阅与编辑、撰写—初稿、可视化、资源获取、方法论、调查研究、形式化分析、数据管理、概念构思。Katarzyna Pactwa：撰写—审阅与编辑、撰写—初稿、指导、概念构思。利益冲突声明作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响到本论文所报告的工作。Mateusz ???ny|Katarzyna Pactwa