江蘇省光伏農業產業發展現狀與對策

鮑恩財, 瞿文卉,2, 吳翠南, 顧東清, 楊 晨, 許桂俊, 鄧志強, 王 勵

(1.江蘇省農業科學院農業設施與裝備研究所,江蘇 南京 210014;2.南京信息工程大學應用氣象學院,江蘇 南京 210044;3.江蘇省能源研究會,江蘇 南京 210096;4.深能南京能源控股有限公司,江蘇 南京 210019;5.華能南京燃機發電有限公司,江蘇 南京 210046;6.長江三峽集團江蘇能源投資有限公司,江蘇 南京 210019)

0 引言

太陽能是自然界中最常見的清潔能源之一[1],具有長期性、無限性和廣泛性的特點。 其沒有地理限制,無論是陸地海洋,還是山脈島嶼,無需采礦和運輸,都可以直接開發利用。 光伏發電是利用半導體界面的光伏效應將太陽能直接轉化為電能的技術,其作為一種低碳減排的實施方式,發電過程無污染,綠色環保,在“雙碳”大背景下占據重要位置。 2018 年,國務院發布了《鄉村振興戰略規劃(2018—2022 年)》,其中明確指出大力發展太陽能,加快實施北方農村地區冬季清潔取暖等措施。 2021 年3 月初,國家能源局下發《關于2021 年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知(征求意見稿)》,提出積極推進分布式光伏發電的建設,結合鄉村振興戰略啟動“千鄉萬村沐光”行動,鼓勵通過試點確定過網費標準,建立商業模式,實現分布式市場化交易。 2021 年6 月份,國家能源局下發了整縣光伏試點新政。 2021 年年底,農業農村部等部委發布的《加快農村能源轉型發展助力鄉村振興的實施意見》等系列文件中,明確鼓勵能源企業發揮資金、技術優勢,建設光伏+現代農業。 同時,隨著碳達峰、碳中和戰略的實施,光伏結合現代農業的規模不斷擴大。 到2025 年,“農光互補”“漁光互補”等光伏發電復合開發規模將達到1 000萬kW 以上。 2023 年9 月,江蘇省自然資源廳、林業局、能源局三部門聯合印發《關于支持光伏發電產業發展規范用地管理的通知》,鼓勵光伏發電項目因地制宜采用“農光互補”“漁光互補”等復合用地模式,并要求農業、漁業的產量不低于原有的80%。 政策支持、科技支撐等為江蘇光伏農業提供了前所未有的發展機遇。

光伏農業是在農業生產基礎上,合理有效利用光照資源進行光伏發電,實現節地、節能、高效、可持續及生態循環的現代農業科技綜合體。 光伏農業采取綠色低碳能源的模式,以農業為契機,將光伏發電與農業生產有機結合,最大限度地利用土地資源[2],顯著提高單位面積土地經濟價值[3],促進農民增收,助推實現“雙碳”目標,全面推進鄉村振興。 光伏農業的主要業態包括光伏種植業[4]、光伏漁業[5]、光伏畜禽業[6]。

(1)光伏種植業:在種植業生產基礎上,合理有效利用光照資源進行光伏發電的業態,也稱為“農光互補”,包括光伏露地種植[7](見圖1)、光伏設施種植[8](見圖2)。

圖1 光伏露地種植

圖2 光伏設施種植

(2)光伏漁業:在漁業生產基礎上,合理有效利用光照資源進行光伏發電的業態,也稱為“漁光互補”,包括光伏池塘養殖[9](見圖3)、光伏設施漁業養殖(見圖4)。

圖4 光伏設施漁業養殖

(3)光伏畜禽業:在畜禽業生產基礎上,合理有效利用光照資源進行光伏發電的業態,也稱為“畜光互補”,包括光伏露天散養(見圖5)、光伏設施畜禽養殖(見圖6)。

圖5 光伏露天散養

圖6 光伏設施畜禽養殖

近年來,江蘇省的光伏農業的應用領域不斷擴大,農業裝備水平也在不斷提高,但缺乏基礎理論研究,對光伏農業的產業現狀和關鍵技術問題把握不清,會導致光伏農業的盲目發展和資源浪費。 本文通過調查分析,闡述了江蘇省光伏農業的發展現狀和問題,并提出了可持續發展的對策建議,以期促進江蘇省光伏農業的高質量發展。

1 材料和方法

本文的數據分析主要基于以下兩個內容:2022年江蘇省“光伏+設施農業”發展調研以及江蘇省發展和改革委員會發布的2022 年五批江蘇省光伏發電市場化并網項目公告。

2022 年江蘇省“光伏+設施農業”發展調研由江蘇省農機具開發應用中心和江蘇省農業科學院農業設施與裝備研究所聯合開展,主要通過向各市級農技推廣中心發放調研表的形式收集數據。 調研表由3個部分組成:所轄市范圍內業態種類(光伏種植業、光伏漁業、光伏畜禽業和未從事農業生產的光伏設施);“光伏+設施農業”的建設和運營,如數量、用地規模和運營情況(產量、產值和效益);各地支持光伏農業的政策統計(見表1)。

表1 ______市 “光伏+設施農業”調查統計

調研結果大致反映了江蘇省光伏農業的發展現狀。 本文旨在通過對調研數據的深入挖掘,為江蘇省未來的光伏農業產業規劃提供一些參考和建議,以促進現代農業的發展。

本次調研共獲得13 張有效統計表,分別來自南京、鎮江、常州、無錫、蘇州、揚州、南通、泰州、鹽城、徐州、宿遷、連云港和淮安(見圖7)。

圖7 江蘇省光伏農業產業分布

數據分析時以長江和淮河為界,將江蘇省分為3個區域。 長江以南為蘇南地區,包括南京、鎮江、常州、無錫、蘇州。 長江以北至淮河以南是蘇中地區,包括揚州、南通、泰州、鹽城。 淮河以北為蘇北地區,包括徐州、宿遷、連云港、淮安。 下述的產值利潤率按照蘇南、蘇中、蘇北區域進行分析。

2 江蘇省光伏農業產業發展現狀

江蘇位于國境東部沿海,居長江、淮河下游。 江蘇省地理環境優越,1 000 多km 長的海岸線上遍布超過5 000 km2的沿海灘涂,豐富的太陽能資源和水資源,加之較高的農業發展水平,為江蘇省“漁光互補”項目的迅速發展奠定了基礎,從而更好地推動了光伏農業項目的發展。

根據江蘇省發展和改革委員會公布的2022 年五批光伏發電市場化并網項目名單顯示,2022 年江蘇省光伏發電市場化并網項目合計1 129.28 萬kW。 其中,光伏農業項目合計1 119.29 萬kW,占比99.12%(見表2)。 由此可見,光伏農業在光伏發電市場中占據重要的位置,具有較大的發展潛力。 “漁光互補”項目在光伏農業項目中占比最大,達692.06 萬kW,占比61.83%。 以鹽城為首的蘇北城市“漁光互補”建設規模為250.8 萬kW,占據江蘇省近1/4 的建設規模,充分利用當地自然資源,實現社會效益、經濟效益和生態效益共贏,助力鄉村振興。

表2 2022 年江蘇省光伏發電市場化并網項目單位:萬kW

近年來,江蘇省的光伏農業面積逐年遞增,截至2022 年,江蘇省的光伏農業設施建造面積已超10 000 hm2。 除港、澳、臺地區外,全國31 個省、自治區和直轄市中有26 個地區有光伏農業項目并網發電,江蘇省排在第一位,項目數量達到44 個,占全國總數量的16%[10]。 現代化產業的發展促進了連棟溫室、溫室大棚[11]、水產養殖基地[12-13]與光伏發電站建造面積的不斷增加,從側面反映出江蘇省光伏農業的發展迅速且高效,極大增強了農業的生產能力。 據調查顯示,如圖8 所示,江蘇省不同市區的光伏農業占地面積差距較大。 鹽城作為光伏漁業發展為主的典型城市,合計開發光伏農業產業面積最大, 為5 413.3 hm2,其次為揚州,開發面積達1 733.3 hm2。相較于光伏漁業和光伏種植業,光伏畜禽業開發面積較少,約占總體的0.82%。 此外,部分區域的光伏設施未從事農業生產,共556.3 hm2,仍具有一定的發展潛力,如淮安清江浦區,徐州睢寧縣、邳州市、沛縣,泰州海陵區,南通如東縣、海安市。 同時,光伏農業經營主體的規模也在不斷擴大。 例如,江蘇省寶應縣生態漁業光伏發電示范基地采用全國首家“漁光互補”開發方式,規劃打造成集光伏電站建設、光伏技術先進示范、生態漁業養殖、特色漁業休閑旅游為一體的綜合開發基地。 寶應縣“漁光互補”光伏電站面積達4 000 多hm2,已并網的“漁光互補”項目17 個,并網容量712 MW。

圖8 2022 年江蘇省各地級市光伏設施現有占地面積

江蘇光伏農業主要分為光伏種植業、光伏畜禽業、光伏漁業3 種業態形式,其中以光伏漁業為主,達10 042.6 hm2;光伏種植業、光伏畜禽業分別為941.53 hm2和7.2 hm2。 光伏漁業中,蟹類養殖居多,除草鰱、鯽魚外,小龍蝦也成為光伏漁業的新亮點。 以光伏設施種植業為代表的淮安劉老莊農業大棚光伏電站實現了光伏電站與農業大棚設施的較好結合,高效種植了藍莓、獼猴桃、苜蓿等作物。 徐州豐縣創新了在23.8 MW 光伏電站下種植優良紅薯“徐薯32”的大田種植模式。 連云港、淮安、宿遷在“光伏+草本種植”領域均有一定規模。 例如,世界著名樹種黃金構骨在連云港市贛榆區宋莊鎮光伏大棚內栽種,不改變土地屬性,又可以將空間立體利用,產生清潔電力的同時,促進農民增收。 因此,光伏在農業領域得到了廣泛應用,涵蓋種植業、林業、畜牧業、漁業等諸多領域,形成“農光互補”“漁光互補”等多元互補模式,不僅為當地提供清潔能源,也創造相當可觀的經濟價值。

在發展光伏農業模式的同時,多個地區將光伏發電、農業生產、生態保護和觀光旅游結合起來,利用田園景觀、農業生產活動、農業生態環境和生態農業經營模式,擴大產業融合,延伸產業鏈條[14]。 例如,蘇南地區的鎮江句容建設的綠色新能源小鎮,以科技創新、休閑旅游、農業生產為基礎,結合光伏發電,利用田園景觀和生態農業經營模式,提高土地的單位產出,增加農戶收益,以最大限度地利用資源,增加生態和社會收益。

3 存在的問題

3.1 應用效果不理想,難以實現雙贏

光伏農業項目在實施中存在如下問題:一是重光輕農、有光無農;二是政策理解、實際執行上的差異和可變性;三是農光協調組合不合理,由此導致了最終的實施項目無法達到光伏發電與農業發展的雙贏成效。 而有些光伏農業園區還存在將光伏板架在大棚陽面,影響了棚室采光需求,不同的光強影響作物的生長效果[15],從而導致特性及產量的差異,易造成在注重光伏的同時忽視甚至荒廢了農業的局面。 在發展光伏農業項目時,需要同時關注光伏效益和農業效益,在項目設計前期需確定兩者的平衡關系,確保光伏板下的遮陰水平是否能夠滿足作物所需[16-17]。 從國家的建設項目來看,光伏農業一定是在農業的基礎上來發展光伏展業,將項目的土地收益發揮至極致。光伏農業,首先應該是發展農業,其次才是光伏發電。光伏農業中,光伏發電應該是錦上添花,而不是喧賓奪主。

3.2 發展盲目,缺乏統一標準

光伏農業發展前期市場開拓重視不夠,信息了解不夠全面,農業機械、智能裝備結合不充分,造成盲目發展,導致光伏發電與農作物生長沖突嚴重。 例如,常州地區絕大部分種植的是喜陽果蔬,“十四五”期間大力推進機械化種植模式,光伏設施直接建在種植區域上方,不同程度地影響了農作物采光及農機通行作業。 此外,安裝光伏組件下的微環境與作物生長環境的適配度缺乏統一標準[18],光伏系統下的氣候條件直接影響作物的產量[19-21]。 光伏組件的正常壽命約為25 年,而連棟溫室的使用壽命正常不超過15年,日光溫室的使用壽命則更短。 使用壽命的背后是設計規范中關于荷載、材料等方面的標準取值不同。因此,如何統籌光伏和農業之間的矛盾,確定光伏農業設施的建造標準,是降低經營風險需要考慮的因素[22]。

3.3 投資成本較大,農民積極性不高

以光伏溫室為例,其一次性建成投入較高,維護方面也需要專業人員。 安裝光伏發電具備一定規模后還需要備案申請,該申請耗時較長。 而光伏農業產業與其他產業相比,產值利潤率(利潤與產值之比)普遍較低,成本回收周期長,挫傷農民積極性[23]。 蘇北和蘇南地區均涉及光伏種植業、光伏漁業、光伏畜禽業等3 種業態形式,如圖9 所示。 蘇中地區除不涉及光伏畜禽業外,光伏漁業和光伏種植業的生產利潤率在3 個地區中最高,分別為0.56 和0.45。 光伏漁業和光伏種植業的生產利潤率在蘇北地區最高(0.86),在蘇南地區最低(0.28)。 同時,蘇北地區將光伏溫室與高價值食用菌和花卉種植的有效結合,既實現了發電、作物種植,又帶動了光伏板下賞花采菇的鄉村旅游新模式的發展,創造了更好的經濟效益。與其他3 種模式相比,光伏種植業的生產利潤率較低,歸其大田作物對光照要求較高,農作物生長與光伏發電之間存在一定的競爭關系的原因。

圖9 以長江為界江蘇各區域業態產值利潤率

農民是光伏農業發展的主要參與者和經營者,但光伏產品價格偏高,且配套的設施較多,一次性投入較大,易挫傷農民的積極性,不利于光伏農業快速、穩定的發展[24]。 如江蘇長蕩湖農業科技產業園有限公司“漁光儲一體化項目”,前期投資成本500萬元,至少需要10 年以上才能收回。 目前,常州市除金壇區電力部門以“漁光儲一體化項目”形式予以財政補助建設外,暫無資金扶持政策及相關用地政策。

4 高質量發展對策

4.1 加強研究示范集成

光伏發電的潛力取決于諸多因素,是選擇合適的光伏發電安裝區域的主要原因[25]。 所以在發展光伏農業前,應通過地理、技術和經濟潛力來評估一個地區的實際太陽能潛力[26]。 在光伏農業生產實踐中加強試驗示范及研究,加大生態循環農業技術集成與創新[27],總結光伏電站設計、建設、運營最佳模式,確保在光伏電站正常發電的同時,滿足植物、動物的生長需求,達到農光互補的良性互動,避免出現高額投資后短短幾年只剩光伏,而沒有農業的尷尬局面[28]。光伏農業產業化模式的推動[29],需結合基礎設施的特點,找到合適的種養品種、種養技術,再進行示范推廣。

4.2 規范建設標準

光伏和農業的各自標準繁多,兩個體系相結合勢必會衍生出更多的新體系[30]。 目前,光伏農業亟需統一標準。 就我國光伏農業現狀而言,先制定聯盟標準,再逐步推廣至行業及國家標準更為現實。統一標準的制定,既需宏觀框架體系建設,也需細分領域,如:標準制定具體涉及產業各項活動環節,需要以此制定要求和方法,產業鏈維度需要考慮光伏和哪一項細分領域相結合[31]。 光伏農業需符合生態環境建設的要求,對電站品質和農業效益需制定更高的標準。 只有在整個過程中都達到相應的標準,再加上政策和資金的支援,光伏農業才能有跨越式的發展。 例如,由江蘇省農業科學院農業設施與裝備研究所牽頭,江蘇省農業技術推廣總站、江蘇省農機具開發應用中心、江蘇大學、江蘇省設施農業裝備行業協會、江蘇省能源研究會等單位聯合編制的江蘇省地方標準《光伏農業園區規劃編制要求》,其明確規定了光伏農業園區規劃設計的基本要求、規劃設計內容與要求、規劃設計單位與工作流程、規劃設計成果等內容,對光伏農業產業發展具有指導作用,旨在充分發揮地方標準在經濟與社會發展中的引領作用。 該標準可以有效緩解光伏農業建設發展中的用地矛盾,提高光伏農業項目土地利用率,確定光伏農業的發展定位,明晰光伏農業產業在各地區的功能布局。

4.3 出臺補貼政策

當地政府可以通過支持推廣光伏農業綠色節能生產模式的方式,擴大產業融合,提高建設單位的積極性[32]。 同時出臺支持文件,包括建立扶持太陽能光伏產業發展專項基金、落實稅費優惠政策、建立風險投資機制和優化服務環境4 個方面。 鼓勵地方政府對光伏農業建設給予信貸貼息,并且通過招商引資來增強光伏農業的活力。 強化產業平衡,擴大產業融合,增加光伏農業發展的附帶產出物顯得十分必要[33]。 在一個多產業參與的體系中,產業之間的融合將有利于形成產業集群共同體的良性協調局面[34]。 例如,泰州海陵的零碳產業園通過光伏已經可以實現“能源自給”,該園積極構建產業發展集群,大力推進“光伏+”融合發展模式,形成了“光伏+公共設施”“光伏+工商業屋頂”“光伏+農業”“光伏+交通”等融合發展項目的推廣應用[35],逐步縮小農業與光伏產業之間的發展差距,提高產業間的互動效應。

5 結語

實現碳達峰、碳中和是我國向世界作出的承諾,也是一場廣泛而深刻的經濟社會變革。 實現碳中和需要使用太陽能來替代傳統能源,而光伏發展面臨土地供應不足的矛盾日益突出。 因此,發展光伏農業勢在必行。 本文以江蘇省的光伏農業產業項目的發展現狀為基礎,以江蘇省光伏農業產業面臨的機遇與挑戰為前提,分析發現其目前存在的投資成本較大、應用效果不理想和盲目發展缺乏統一標準的問題,提出江蘇省光伏農業產業未來發展應加強研究示范集成、規范建設標準、加大政策支持力度,并擴大產業融合的發展建議,以期為江蘇省光伏農業產業的快速發展提供參考與借鑒,助力鄉村振興發展戰略。