袁全红
广东科技学院
摘要：我国的沙漠戈壁面积巨大，在这些地区广泛应用太阳能发电，不仅能生产大量绿色清洁电力和动力，还能防风固沙，保水增绿，便民富民，具有重大的经济效益，生态效益和社会效益。
关键词：沙漠；戈壁；光伏发电；光伏产业园；经济效益；生态效益；社会效益；
我国的西北和内蒙古等边疆地区沙漠面积巨大，据2011 年完成的第四次全国沙漠普查结果，截至2009 年年底，我国荒漠化土地面积为 263.62×104km2，沙化土地面积为 173.11×104km2，分别占国土总面积的27.43%和 18.03%[1]。沙漠地区气候恶劣，风沙大，降水量少，植被少，人烟稀少，少数民族众多，生存环境艰苦，生产条件不发达，生态环境十分脆弱[2]，促进沙漠戈壁地区的经济社会发展，不仅是实现国家可持续发展的重大任务，也是实现民族团结共同繁荣的重大课题。
西北地区气候干旱，阳光充足，是利用光伏发电的的好地方。我国太阳能资源的分布总体状况是西北高、东南低，西北及内蒙古等地区太阳辐射属1类资源区，太阳辐射大于1700kWh/m2，在我国沙漠戈壁地区广泛应用太阳能发电，具有重大经济效益、生态环境效益和社会效益。
1.经济效益
如果在我国沙漠戈壁地区广泛应用太阳能发电，其发电量十分巨大。据计算，西北地区太阳能电池单位面积年发电量为180kWh/m2，则105km2年发电量为18万亿千瓦时，年发电量相当于180多座三峡电站，是2017年全国能源消费总量44.9亿吨标煤的一半。而105km2的面积仅占全国荒漠化和沙漠化土地总面积的2.3% ，仅占我国沙漠化土地可治愈面积（约53万平方公里）的18.9%。如果全国荒漠化和沙漠化土地总面积的5%安装太阳能电池，年发电量就足够全国能源消费，而且是无污染的绿色能源。
光伏发电的能量转换效率是荒漠地区植被能量转换效率的数倍。据测算，1m2的光伏电池板所转换的太阳能相当于民勤沙区260.75 m2荒漠植被的太阳能利用量。2016年河西走廊光伏发电量为35.3亿kWh，相当于37.4万km2的荒漠植被转换的太阳辐射量[4]。2017年内蒙古向华北、东北等地外送电总量为1534亿度，成为中国能源第一大外送基地。如果内蒙古因地制宜在沙区利用光伏发电，能极大改善能源结构[5]。沙漠地区利用太阳能发电，不仅有利于保护耕地"红线"，而且无需占用建设用地。
光伏发电还能促进部分农业作物的生长。在宁夏中卫市连栋温室内进行试验表明：光伏连栋温室种植绿葫等瓜类、千禧等茄果类作物，能提高产量与品质。光伏太阳能日光温室适合种植食用菌和一些不喜光的叶菜等作物。光伏温室还能防风、防雨、防雪、防雹、生产淡水、收集降水等，农光互补不仅能带动农民增收，还能带动边疆欠发达地区的广大低收入农民脱贫致富奔小康[6]、[7]。
光伏是有光就可发电的分布式能源。西北沙区地广人稀，供电网建设投入大，维护难度大。利用光伏发电规模可大可小，既适于大型并网发电，也适用农户独立发电，组合方式灵活多样，应用场合广泛。如沙漠公路的太阳能路灯、光伏提水为人蓄供水、也能为交通工具等提供动力。以汽车车顶安装4m2的高效太阳能薄膜电池为例，一个晴天的太阳能可供汽车行驶30-50公里，能基本满足日常出行要求。因此光伏发电可因地制宜，深入到沙区农户，改善当地农民生产、生活条件，促进农村经济发展。
2.生态环境效益
我国西北沙漠戈壁地区，风沙流活跃、沙尘暴频繁。每年由风沙所造成的经济损失达540亿人民币[9]。我国从上世纪 50 年代开始防沙治沙，传统防沙治沙的措施有三类:第一类是造林治沙（即生物治沙），但是由于沙漠地区气候干旱，造林虽多成林却很少; 第二类是沙障固沙，沙障的种类繁多，但沙障只能就地固沙，治标不治本; 第三类是防御性措施，即划定封育区进行保护。这些治沙措施都是上世纪60年代就取得的成果，近五十年来防沙治沙的技术手段没有新的重大突破，因此我国当前防沙治沙的任务十分艰巨。而根据近年来我国沙漠地区光伏发电的运行效果来看，光伏发电对防沙治沙有很大促进作用：
1.目前光伏组件发电能效可达20%，能大幅吸收沙漠地区的太阳辐射能。即使按照转换率为15%计算，是长白山自然保护区植被年平均光能利用率1.075%的14倍。因此，光伏发电能有效调节地表的热力平衡，防止和减少沙尘暴和风沙流。
2.光伏发电可以与治沙绿化相得益彰。植被治沙是最佳的传统防沙治沙措施，然而沙漠地区气候干燥，缺水严重。而在沙漠戈壁地区安装光伏发电的地区，首先，光伏组件板遮阴能使蒸发量减少20%-30%。其次，光伏电池板还能够收集沙区稀少的降水，增加降水渗透，提高植物生产量和多样性。据观测，光伏电场内的植被盖度一般都大于光伏电场外围植被盖度，尤其光伏板前沿滴水处和光伏板中缝下方，都有一条 50~120 cm宽的植被带。在两排光伏板的行间的植被虽然被清洗水车碾压，但在雨水和清洗水的滴渗下，行间植被盖度仍大于光伏板下方和电场外围。据国家电投黄河水电公司在共和的太阳能实验基地表明，绿色面积（草地）从2012年光伏电站建设后到2018年增加了18%，光伏场内风速比场外减少21.9%，1、2、3月份（全年最干燥的月份）光伏场内比场外湿度高4.2%-6.2%，月平均温度低0.540C-1.280C，而在夜间温度低1.080C-2.190C。而且土壤肥力不断提高，2018年夏土壤季有机质是2012年的1.6倍，其中氮含量增加11.3倍。
不仅光伏阵列能促进植被生长，而且植被也能改善光伏发电条件。根据郭彩贇在库布齐沙漠110MW光伏基地对比试验表明：如果光伏板下方地面不采取植被固沙，在光伏板下方地表风蚀严重，形成沙沟，而在光伏板前后一定范围内风沙堆积延伸形成横向积沙带，威胁光伏电站的正常运行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果地面采取植被固沙措施，能降低近地表过境风速，阻止沙面蚀积[10]。根据乌兰布和沙漠东北缘光伏电站的监测,在夏季晴天,地面不采取植被固沙措施的光伏电站具有增温、降湿的＂热岛效应＂。
3.太阳能可为植被灌溉提供绿色动力。西部不少荒漠地区拥有丰富的地下水，采用太阳能水泵与精细滴灌等技术的结合，植物缺水的难题就迎刃而解。2006年建成的塔里木沙漠公路防护林是是世界上流动性沙漠中最长的防护林带，全长436 km、宽72~78 m，林带总面积3000公顷。为确保防护林的灌溉，沿线建有130座绿化供水泵房。其中12座太阳能电力泵房的运行表明，光伏电力水泵能满足灌溉需求，对比12口柴油机井泵房，年节约柴油140 t，减排温室气体435 t，而且年均投资还较低[11]。
4.太阳能电池板阻截风沙的功能大于传统沙障。我国西北地区纬度较高，该地区太阳能电池板安装的的倾斜角度较大，而且朝向一般是向南，而西北沙漠地区主风向一般为西北风。显然，光伏电池方阵具有阻挡风沙的作用，沙漠光伏电站比戈壁光伏电场阻沙固沙作用更明显。沙漠、戈壁光伏电场都有一定降低风速的作用。
5.大型光伏板的高度一般在2.8m以上，大多数荒漠植被的高度只有30～50 cm，因此光伏板防风的高度是植被沙障的5~9倍，是柴草沙障、塑料网沙障和黏土沙障高度的9倍以上，河西走廊沙漠戈壁上光伏电场占地面积为13 137 hm2，其阻固流沙功能相当于5倍以上面积该面积的固沙林和 5～9 倍该面积的沙障。因此，沙漠戈壁光伏发电是造林治沙、沙障压沙之后新的防沙治沙的重要途径。
6.西部地区一般风能资源丰富，而且风能往往在夜间达到高峰。如果在这些地区采用光伏和风电互补发电，则更加有利于转化、消耗沙漠戈壁地区沙尘暴和风沙流的动力，进一步减少沙尘暴和风沙流。
3.光伏产业园的社会效益
正是由于沙区利用光伏发电的巨大经济社会效益，近年来我国西北地区光伏发电发展迅速，特别是光伏产业园的兴起，坚持地方经济发展与沙漠综合治理相结合，取得了良好的社会效益和重要经验，为当地的经济发展和沙漠治理带来了广阔的前景。
1.普遍采取光伏发电与绿化治沙相结合。如内蒙古磴口光伏治沙产业园。整体占地面积约1700亩土地，已建成光伏发电规模200MW，年发电量12亿度，实现产值2.9亿元，年减少SO2排放1260吨，节约130万吨标准煤。此第的植被覆盖率从早先只有5%已经上升到了如今的77%。内蒙古鄂尔多斯库布其沙漠1000MWp光伏治沙综合示范地，探索出"板上发电、板下种草、板间养殖"的生态经济新模式。
2.利用光伏发电建设光伏产业园。宁夏平罗县规划建设的260 MW光伏发电项目可年产120 MW太阳能组件及逆变器。宁夏中卫沙漠光伏产业园主要生产"硅料-硅片-光伏组件-光伏发电"的全产业链产品。这些利用光伏发电生产光伏设备，实现了"用光伏生产光伏"的产业新模式。
3.光伏发电与生态工业、生态农业、生态旅游和扶贫开发等相结合。如宁夏中卫市腾格里沙漠光伏产业园，分四大功能区："光伏发电区"、"光伏生态农业区"、"新能源装备制造区"和"旅游观光区"。总规划面积6.5万亩，总装机容量1500MW，预计年可新增上网电量28亿度，实现产值71亿元，年可节约112万吨标准煤，减排CO2278.5万吨，SO28.4万吨，氮氧化物4.2万吨。甘肃古浪500MW光伏产业园，以光伏电站为主，外围由草方格沙障和固沙林组成防护体系，最终建成设施农业5000亩，并治理沙漠1.8万亩。该项目年发电8亿度，年节约标准煤23.7万吨，减排污染物76.5万吨。探索出一条集光伏发电、沙漠治理、现代农业、扶贫开发于一体的综合发展的新模式。
综上所述，在我国沙漠戈壁地区大力发展光伏发电，具有重大的经济效益，生态效益和社会效益。能提高当地的生产条件，改善人民的生活水平，改良沙区的生态环境。对于实现我国经济社会可持续发展具有重要战略意义。1984年钱学森率先提出沙产业理论，并预言中国西部16亿亩的沙漠戈壁将会为国人每年生长出几千个亿的产值。如今，光伏发电让世人看到了沙产业的新契机！
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[11].何中凯，崔永峰等，光伏发电系统在沙漠公路防护林灌溉中的应用[J].新能源，2012.（12）：46-49.
论文作者:袁全红
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/26
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