中國是荒漠化最嚴重的國家之一, 第六次全國荒漠化和沙化調查結果顯示,截至2019年,全國荒漠化土地面積257.37萬平方公里,占國土面積的26.81%;沙化土地面積168.78萬平方公里,占國土面積的17.58%。
黨的十八大以來,我國防沙治沙取得了顯著成效, 53%的可治理沙化土地得到治理。國家通過持續地系統性治理,我國荒漠化和沙化土地實現“雙逆轉”,面積持續“雙縮減”,程度持續“雙減輕”,沙漠、沙地植被蓋度和固碳能力持續“雙提高”,沙區生態狀況呈現“整體好轉、改善加速”態勢,荒漠生態系統呈現“功能增強、穩中向好”態勢。重點治理區域實現了由“沙進人退”到“綠進沙退”的歷史性轉變。
“沙戈荒”地區蘊含豐富的風能、太陽能資源,擁有大片生態紅線區以外的未利用土地,國土空間資源豐富,在為人類生存帶來挑戰的同時,也是潛在的“能源綠洲。近年來,為推動實現碳達峰、碳中和的目標,新能源產業不斷蓄力,讓“不毛之地”漸漸開出了一朵朵“沙漠太陽花”。
一、我國沙漠光伏發電現狀
沙漠光伏發電就是在沙漠地區建設大規模的光伏電站,利用日照強度高、云量少等氣象條件,將太陽能轉化為電能,以滿足能源需求。由于沙漠地區光照強,光照時間長,更加利于光伏發電;且面積大、人員少,可以有效解決光伏電站占地面積大的問題,在沙漠、戈壁、荒漠地區加快規劃建設大型風電光伏基地項目已成為新能源行業“大勢所趨”。發展至今,我國沙漠地區光伏發電項目已逐漸形成規模并取得長足進步。
1、政策支持力度大
2023年3月,自然資源部辦公廳、國家林業和草原局辦公室、國家能源局綜合司發布關于支持光伏發電產業發展規范用地管理有關工作的通知。鼓勵利用未利用地和存量建設用地發展光伏發電產業。在嚴格保護生態前提下,鼓勵在沙漠、戈壁、荒漠等區域選址建設大型光伏基地。
2、建設規模大
受鼓勵沙漠發展光伏政策的影響,中國光伏產業發展逐漸突破土地瓶頸,實現了光伏建設與生態開發的共同推進,進而為光伏企業的發展打開更大空間。據不完全統計,我國沙漠地區現已建成多個光伏電站,如寧夏靈武光伏電站、新疆瑪納斯光伏電站等,且各個電站建設規模仍在不斷擴大,數量和裝機容量都在穩步提升。值得一提的是,全球最大“沙戈荒”風光基地項目——“三峽集團庫布其風光基地項目”已于今年春季開工。縱觀來看,在騰格里、巴丹吉林、庫布其和烏蘭布和四大沙漠邊緣,以“沙戈荒”地區為重點的大型風電光伏基地規模達4.5億千瓦。
3、技術改造升級快
光伏治沙技術是一種集多種技術于一體的綜合性治沙方案,具有較高的經濟效益和社會效益,以太陽能光伏發電技術為主,輔以植被覆蓋、沙障固定、土地復墾技術及生態旅游開發技術等措施。隨著技術的不斷發展,我國光伏發電技術也在不斷升級,發電效率得到提升,為沙漠光伏發電提供了更加成熟的技術保障。
4、發展空間大
據相關部門測算,如果我國荒漠化面積的1%用于新能源發電,其裝機容量將超過目前我國發電總裝機容量。此外, “光伏+治沙”的經濟效益不容忽視,每畝沙漠每年產值可達1.06萬元,產業潛力巨大。
二、項目建設主要難點
1、經濟效益
隨著沙漠資源的不斷開發與利用,沙漠發電受到前所未有的重視,沙漠光伏發電設備的使用情況受到極大關注。“沙戈荒”場景下,如何提高發電效率顯得尤為重要。
影響因素
1)沙塵堆積
戈壁、荒漠、草原地區建設的光伏電站通常選址偏遠,且易出現風沙天氣、降水量也較小,設備上的沙塵堆積嚴重,管理人員無法經常去到項目區域對電力設備的組件進行徹底清洗。因此,沙漠地區的組件非常容易被沙塵遮擋,從而降低了光伏電站的發電量與發電效率。
2)高溫
光伏組件的電壓和電流輸出隨溫度變化而變化,沙漠中日照時間長溫度高,對光伏設備會產生一定影響,從而降低組件的實際發電效率。因此,在組件選型吋,應充分考慮溫度變化引起的電壓和電流變化,選擇適用于沙漠的耐高溫組件。
3)功率損耗
根據沙漠光伏發電電站的現有設計和施工經驗,經相關分析計算,電纜直流部分的功率損耗約占系統功率損耗的 3%,對沙漠光伏電站的發電效率產生嚴重影響。因此,在沙漠光伏電站的開發建設過程中可以采用升壓的方法,將高壓電纜用作交流線纜,減少改部件的功率損耗。
改進措施
1)定期清洗維護光伏組件
光伏電站的實際運行后,需要專業人員對光伏發電系統效率作出分析,并定期清潔光伏組件,確保光伏發電設備的工作效率。據悉,清潔的太陽能組件,可以使光伏電站的發電量增益約 100 萬度,發電效率整體提升 3%。
2)做好設備選型工作
在選擇逆變器時,要優先選擇質量高、故障率低且輸出穩定的產品。預算充足的情況下,優先選擇非晶合金變壓器。因為非晶變壓器的空載損耗和空載電流非常小,一般為傳統變壓器的三分之一,使用非晶合金變壓器可以將沙漠光伏電站的發電效率提高1%以上。
2、環境效益
結合經濟性、光照資源等因素綜合考慮,“光伏治沙”既可以實現固沙的作用,還能夠吸收光照降低土地溫度,減少水分蒸發。同時,光伏組件對植物、動物同樣具有保護作用,讓原本裸露沙化的土地再次披上“綠衣”。
然而,“沙戈荒”地區建設的光伏發電項目通常占地面積較大,且沙漠地區氣候干旱、區域內降水量少,地貌類型特殊,土壤質地較粗、結構松散,生態脆弱、地表擾動后恢復難度大、速度慢,對于項目開發建設過程中引發的水土流失及生態環境影響必須格外重視。
防治經驗:
1)項目區在不具備灌溉條件時,不宜種植高大喬木,避免遮擋電池板以及吸引鳥類,水保措施應以工程措施為主,植物種類應選取耐旱耐貧瘠的草灌植物;具備灌溉條件時,在升壓站內可種植適當數量的耐旱喬木。
2)升壓站內雨水排水應采用沿站內道路散排方式,因地制宜對場地平整坡度做出規劃,使雨水順道路排出站外。
3)沙漠區宜采用平鋪式柴草沙障,沙障方格內撒播草種,如刺蓬等,以減緩沙丘移動。
4)項目區周邊空地及主道路兩旁適當種植綠化樹木。
5)加強苗期澆水、管護,以提高植被的成活率。