方向杰

民勤縣石羊河流域防沙治沙及生態恢復規劃管理中心，甘肅民勤 733300

在全球變暖的大背景下，極端天氣氣候事件的變化對荒漠化和土地退化進程的影響加劇[1]。全球變暖已經導致撒哈拉沙漠的沙粒數與以前相比有很大的上升，并且撒哈拉沙漠的氣溫也在升高，沙化更加嚴重。沙漠化現象是全球環境與氣候問題最直觀的現象，對人類的生存環境造成了巨大威脅。土地沙化會縮減可以有效利用的國土面積，導致土地退化、土壤結構破壞、土壤養分流失。延緩全球變暖，使用光伏發電、水力發電、風力發電等清潔能源，減少溫室氣體的排放，同時對沙漠進行防沙治沙刻不容緩，這與人類與子孫后代的未來息息相關。

截至2020年底，民勤縣電網總裝機規模1 852.5 MW，已建成并網的風電項目8項，裝機容量1 247.5 MW，入駐民勤縣投資開發太陽能光伏發電項目的企業14家，已建成并網的太陽能光伏發電項目17項，裝機容量605 MW。2020年12月底，已建成風、光電項目累計發電量約26.81億kWh，分布式光伏電站0.19 MW，共5戶，位于蔡旗、大灘等地。

根據《國家林業和草原局關于規范風電場項目建設使用林地的通知》(林資發〔2019〕17號)精神，民勤縣用于發展風光電項目的土地面積共4 122 km2，總規劃裝機規模74 750 MW。其中，光伏發電規劃裝機規模13 830 MW，風力發電規劃裝機規模13 830 MW。將光伏發電與沙漠治理相結合，是我國目前建設生態文明的發展方向，但如何實現防沙治沙的可持續發展，仍需要在規劃環節進行細致的研究與設計。

1 光伏治沙的概念

光伏治沙的主要途徑是建設沙漠生態化光伏電站，其典型路徑是在光伏電站的外圍、邊沿地帶及站內采用沙障措施、生物措施和其他措施，如農業節水、封護等。通過機械固沙、化學固沙、植物固沙、建立阻沙柵欄、防沙林帶林網等方式，建立綜合防護系統。

光伏組件板遮蔽陽光直射，可有效減少地表水的蒸發，還能夠有效減緩風速，改善植物的生存環境，為動植物提供屏障。光伏組件板可產生小面積徑流，集中沙漠、戈壁地區稀少的降水，加深降水入滲深度。同時，沙漠光伏電站從設備選型、工程設計建設等方面，可與風沙防治優化結合。例如：采用適應地形能力更強、結構穩定性更好、布置更靈活、運維工作量小的固定式支架，并將光伏支架相互錯開，可以起到滯風的效果。

2 光伏治沙模式可持續發展的可行性

2.1 光伏治沙模式對風沙的影響

頻繁的沙塵暴和水土流失是沙漠化最直接的危害，風沙脅迫會影響植物的光合作用過程，降低植物氣孔導度，提高蒸騰速率，限制光合產物的合成和積累。風和風沙流不僅會對植物個體的生理狀況造成危害，還會對干旱、半干旱地區植被的生態功能造成影響，使植被環境生態退化，增加荒漠化、沙漠化風險[2]。

光伏電站具有良好的防風固沙功能。研究表明，光伏電站外圍和行道間風速會隨著高度的增加而增大，其風速變化趨勢呈“J”形，當高度達到40～100 cm時，風速波動變化尤為顯著。同時，光伏陣列內部風速均低于外部曠野風速，對過境氣流風速的減弱系數為17.14%～32.12%。

從風速流場變化過程來看，光伏陣列在下沿出風口高度20～80 cm處產生氣流渦旋，增強了對板下沙粒的搬運能力，隨著氣流深入光伏電站腹地，能量呈梯級衰減，在行道間產生堆積現象，輸沙率隨高度的升高呈遞減趨勢，服從對數函數分布[3]。

民勤縣屬溫帶大陸性干旱氣候區，降水稀少、光照充足、晝夜溫差大。平均日照時間為3 149.1 h，年均太陽輻射總量為5 570～6613 MJ/m2。

全縣可用于太陽能光伏發電面積1 244 km2，規劃裝機規模60 920 MW(已建成600 MW，剩余可開發規模60 320 MW)。其中，紅沙崗光伏發電規劃區占地91 km2，規劃裝機規模4 550 MW(已建成600 MW)；紅沙崗南部風光互補發電規劃區占地204 km2，規劃裝機規模10 200 MW；窯街農場光伏發電規劃區占地81 km2，規劃裝機規模4 050 MW；紅崖山光伏發電規劃區占地59 km2，規劃裝機規模2 950 MW；三渠柴灣、夾河、東湖、收成、南湖、青山以北甘蒙省界等沙漠光伏發電規劃區占地809 km2，規劃裝機規模39 170 MW。

2.2 光伏治沙模式對植物的影響

首先，沙漠區域生態脆弱，當地氣候條件嚴峻，干旱少雨，加大了水分涵養難度和植被成活難度。高溫天氣會加劇沙塵暴災害，造成風蝕土壤，進而導致植被破壞。這種極其脆弱的生態環境會造成惡性循環，在連鎖反應下會使生態修復的難度增大。

其次，沙漠光伏可以降低地表溫度，原理是光伏板將當地的太陽輻射轉變為電能，從而調節地表熱力平衡。數據顯示，在民勤沙區，1 m2光伏板轉換的太陽輻射相當于該區260.75 m2荒漠植被轉換的太陽能。沙漠光伏對春季10 m高度造成的熱力平衡效應，使其電場內氣溫明顯低于光伏電場外的氣溫[4]。

最后，光伏電站對風沙的阻滯作用使得風速降低，穩固了植物的生長環境；熱力平衡效應與光伏板的遮陰作用減少了水分蒸發和灌溉需求，進一步為植被存活提供了良好的條件。

2.3 光伏治沙模式對經濟效益的影響

光伏發電建設過程中對交通、材料、設備、電氣、運輸等方面的需求必將帶動該地區的原材料制造、化工、建材、電力配套等工業的發展。而隨著工業的發展和交通條件的延伸改善，又將帶動相關地區的城鎮化建設以及商業、金融、旅游業的發展，促進第三產業的快速發展。

能源產業鏈的不斷完善為地方經濟發展開辟了新的增長點，推動了地方經濟的健康發展。從增加地方政府的財稅收入來看，“十四五”規劃的能源項目在建設、運營期間每年能夠直接為當地政府貢獻大量的稅收，包括增值稅、教育費附加、印花稅、企業所得稅、個人所得稅、資源稅(費)等。通過帶動建筑、建材、發電設備等相關行業的發展，將間接推動地方政府稅收收入的增長。

通過增加地方財稅收入，有利于提高地方政府的財政支出能力，進而強化政府利用財政資金加大對能源項目和產業的投入力度，完善能源項目和產業發展政策，反哺能源項目和產業健康、有序發展。

從緩解地區就業壓力來看，此規劃實施能夠直接帶動當地就業，能源項目實施將對建筑、建材、機械設備、多晶硅電池等產生大量需求，因此，項目實施將間接帶動地區大量就業。綜合來看，新能源項目有助于政府緩解地區就業壓力，將促進當地發展、帶來新知識與新信息等，對帶動當地就業總量增加和就業結構變化產生積極作用。

3 光伏治沙模式的現狀

3.1 光伏電站運用維護問題

民勤縣風能、太陽能等新能源資源豐富，開發建設條件較好，但目前建成容量較小。因消納能力有限，民勤縣無法消納大規模并網新能源電量，主要以小規模、分區塊開發為主，造成光伏發電成本價格上漲。加之土地征收費用升高以及草原植被恢復費的征收等，使得光伏建設成本不斷增加，盈利空間進一步縮小，投資回報周期變長，制約了新能源大規模、快速發展。隨著光電項目逐年開發，與能源產業發展相適應的電網建設相對滯后，棄光現象仍然存在。民勤縣電網相對薄弱，且遠離甘肅省負荷中心，在各電站擠占上網空間，導致棄風、棄光現象十分嚴重。

3.2 電力消納問題

光伏發電具有隨機性、波動性、階段性供電等特點，功率不高，日間光照弱時發電量較少；受季節影響，發電量會產生波動。此外，我國沙漠地區多數分布于西部北部地區，當地很難消納光伏治沙項目所發電力，需要依托在運、在建外送通道，送出依賴成本高昂的特高壓工程。特高壓技術輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、占用土地少。但受制于成本、產業分布、工業用戶負荷等因素，規模化應用仍需時間，消納比例和經濟效益無法在短期內得到提升。

4 光伏治沙模式的應用路徑

4.1 利用沙漠光伏優化產業結構

光伏電站可以拉動當地經濟增長，通過綜合利用可以增強光伏發電的經濟性，減少沙漠光伏電站運維成本，為當地居民創造就業崗位，實現防風治沙。

光伏板對植被的正面影響使得“在光伏板下種植物”成為可能。而光伏電站產業與當地種植業或畜牧業相結合，當地的農民、牧民和養殖戶不僅能夠得到項目外溢的經濟紅利，還能改善生活條件。若是種植食用作物，可以作為光伏電站運維員工的自用食物，也可以作為菜品成為當地居民的食品；若是種植經濟作物，無論是作為原材料發展第二產業或直接進入市場成為供應商都是不錯的選擇；若是種植牧草，也可以發展當地的畜牧業。同時，當地的農民、牧民和養殖戶也可以作為運維人員對光伏板進行維護，清理光伏板的水還可以作為灌溉水，提高水資源利用率，實現可持續發展。

光伏治沙模式發展出的草原生態和畜牧業，可以極大豐富和維護當地的旅游資源，為當地旅游產業的發展提供保障。數據顯示，內蒙古2021年光伏建設規模在10萬kW左右，裝機規模創歷史之最。內蒙古光伏發電項目建設已經形成以光伏沙漠治理為主的生態修復發展模式，其中，達拉特旗提出“沙漠+生態治理、旅游、光伏、農業，打造沙漠經濟先導區”的發展戰略，采用“林光互補”建設模式。

目前，該旗沙漠景區年均接待游客234.5萬人次，農牧民人均收入的31%來自林沙產業。當地農牧民正成為光伏治沙的受益者，電站檢修運維、光伏板清洗、站內綠化養護等成為新的工作選擇。

4.2 光伏治沙與氫產業的聯合應用

氫能是一種極為優越的二次能源，燃燒熱值高，氫氣可以由水制取，燃燒的產物是水，是世界上最干凈的能源。若大力發展氫能，將實現自然物質的循環利用。而作為我國正大力發展的綠色清潔能源，光伏發電與氫能產業格外契合。光伏具有隨機性、波動性、階段性供電等特點，利用氫能技術進行儲能，可以解決電網調度的難題。利用光伏發電站放出的電力，運用電解技術得到氫氣，再將氫氣存儲于高效儲氫裝置，將氫能作為二次能源，然后利用燃料電池技術，將這些存儲的能量回饋電網或直接送入氫產業鏈進行利用。

當前，國家相繼出臺了有關政策規劃，鼓勵光伏治沙、規模化制作綠氫并加以應用，相關示范項目也在規劃建設中。“十四五”期間，億利潔能聯合國家電力投資集團所屬企業，將在內蒙古庫布齊沙漠億利生態示范區打造庫布其光氫治沙零碳產業示范園，著力構建“光伏治沙+沙漠氫田+綠氫化工”綠色循環產業鏈新示范[5]。

4.3 加強政策激勵

地方政府要充分發揮政策及財政資金的導向激勵功能，完善相關產業政策，建立統一的標準體系。通過推動設立政府投資基金、綠色企業補貼、引導基金等方式，引導社會資源向技術創新聚攏，支持光伏治沙及相關產業鏈延伸技術的研發、示范應用。通過引導并參與研究新型沙漠綜合治理技術，開發新型光伏系統，促進技術創新。

此外，地方政府要以產業為中心，充分利用市場機制，推動科研成果轉化與落地。探索光伏治沙延伸的商業模式，并將其加以復制推廣；積極引入綠色金融融資渠道為商業模式提供支撐，發展以光伏電站為核心的綠色經濟產業鏈，調整產業結構轉向綠色經濟、生態經濟[6]。

4.4 優先選址綜合效益高的地區

光伏治沙模式的可持續發展重點在于光伏電站的選址、是否能夠實現各方面效益，以及能否推平光伏電站建設與運維所投入的成本。因此，光伏治沙模式下光伏電站的選址在規劃期就需要綜合考慮各方面因素，達成生態效益、經濟效益與投入成本的平衡。有學者構建了光伏治沙項目選址的決策指標體系，包括資源因素、經濟因素、環境因素和社會因素4個準則[7]。

從資源因素來看，要考慮當地年太陽輻射量是否能夠給光伏設備帶來足夠的電能輸出效益；當地年平均溫度和年平均相對濕度是否有利于光伏設備的光電轉換和延長設備使用壽命。

從經濟因素來看，要考慮項目投入成本、運用管理費用、設備更新維護費用、項目收益與資金回流的時間等。

從環境因素來看，要考慮光伏發電給當地帶來的溫室氣體減排效益，還有該項目的建設與運營對當地生態環境和生物多樣性造成的正面或負面的影響。

從社會因素來看，要考慮當地居民對該項目的認可程度；該項目對當地投資與就業等方面的經濟效益；光伏電站對當地產業發展是否有促進作用。

5 結束語

光伏治沙模式在沙漠地區防沙治沙的生態功能十分顯著，要想實現可持續發展，還需要考慮沙漠地區的特性、光伏產業的產業鏈、光伏板本身的作用及其對環境的影響等因素，最大限度地運用光伏發電站項目實現對沙漠環境的保護。從宏觀來看，光伏產業是一個朝陽產業，是可再生能源的重要分支；防沙治沙是一個重要課題，也是環境保護的一部分。兩者互相融合，可以為光伏產業發展、區域環境保護、地區產業結構調整、當地居民的增收致富和人類可持續發展提供重要支撐，具有積極的生態效益和社會效益。