生態脆弱地區光伏電站建設的環境效應分析

2、河北省水利水電第二勘測設計研究院，河北 石家莊 050021）摘 要：光伏發電作為重要的可再生能源利用形式，在發電行業中快速發展。文章首先對我國太陽能資源開發潛力和利用現狀進行了分析，之后對光伏電站建設給生態脆弱地區環境帶來的影響進行了分析研究，分析認為在生態脆弱地區建設光伏電站不僅可以調節局部區域的小氣候、防風固沙、促進植被建設，還可以減少重金屬污染和實現節能減排，但是光伏組件生產、使用過程中會產生有害物質，光伏電站施工過程中可能產生水土流失、噪聲污染等問題，文章就此提出有關建議，旨在為光伏電站建設和環境建設決策提供理論依據。

關鍵詞：光伏電站；環境效應；節能減排

近年來，人類開采不可再生能源的腳步日益加快，使得這些化石能源的存量不斷減少。在消耗能源的同時，使用的過程中還會排放大量的溫室氣體，對大氣造成的嚴重污染。開發、利用并推廣高效環保的綠色可再生能源是當務之急，太陽能作為一種可再生資源，具有安全可靠、使用壽命長、不需要燃料、無噪聲、環境污染小、發電規模可調等突出優點。

根據國家能源局2013年光伏發電統計數據顯示，截至2013年底，全國22個主要省（自治區、直轄市）光伏電站已累計并網741個大型光伏發電項目，主要分布在我國西北地區。累計裝機容量排名前五的省份分別為甘肅、青海、新疆、寧夏和內蒙古，前三者之和超過全國光伏電站總量的60%，電站中分布式光伏主要分布在電力負荷比較集中的中東部地區，排名前三的省份分別為浙江、廣東和河北省。除了浙江、廣東、青海東南部外，其它地區多數處于中溫帶、暖溫帶干旱和半干旱氣候區，植被屬于荒漠、草原和疏林灌木草原類型，戈壁、荒漠分布廣泛，風力侵蝕嚴重，這些地區生態系統非常脆弱。然而大規模的光伏電站建設對這些地區的環境造成了哪些正面和負面的影響，帶來了那些環境效益，目前的研究成果較少，本論文就該問題進行了研究分析，希望給相關決策制定提供必要的理論支持，對環境和能源的可持續發展做出一定的貢獻。

1 我國太陽能資源開發潛力及利用現狀

我國太陽能資源非常豐富，每年我國可獲得太陽福射能約5×1016MJ，相當于2.4×104億噸標煤。根據李柯[1]、沈義[2]對中國太陽能資源開發潛力進行了綜合評價和分析結果，文章提出了太陽能資源的開發潛力四類地區：第一類西北地區和華北西部，太陽能資源非常豐富最適于大規模光電開發；第二類西南西部、華北、華東地區，太陽能資源比較豐富適于規模化光電開發；第三類華中、東北、華南地區，太陽能開發潛力屬中等，可小規模季節性利用；第四類西南東部地區，區域的光伏發電綜合潛力價值較小。

目前，我國太陽能利用的產業類型主要分為熱利用產業和光伏產業兩種。我國太陽能熱利用產業集聚于東部地區，且逐漸向中部和西部偏移。光伏產業中的一些上游產業主要集聚在川、京、江、浙、魯一帶，光伏系統電站主要分布在青、甘、寧等西部地區。

國務院及各部門密集出臺了一系列扶持國內太陽能發電產業發展政策，極大地促進了我國太陽能發電發展。從裝機容量來看，光伏發電在可再生能源領域內僅次于水電和風力發電。中國電力企業聯合會2014年公布的數據顯示全年非化石能源新增裝機占全部新增的比重提高到62%，并網太陽能發電新增裝機同比增長近十倍[1]。根據中電聯發布電力工業運行簡況[2]來看，截至2014年底并網太陽能發電2652萬千瓦，并網太陽能發電量為231億千瓦時，同比增長171%，占全國發電量的比重比上年提高0.3%。根據我國《可再生能源中長期發展規劃》，到2020年的光伏系統累計裝機容量將達到180萬kWp[3]。

2007年國家發展改革委員會發布了《國家發展改革委辦公廳關于開展大型并網光伏示范電站建設有關要求的通知》（發改辦能源[2007]2898號），提出要大力支持在沙漠、戈壁、荒地等非耕地用土地發展大型并網光伏示范電站的要求。因此無論從太陽能開發潛力，政策導向還是太陽能利用現狀分析來看，今后很長一段時間內，在西北地區等環境脆弱地區大規模開展光伏電站的建設是必然的結果。

2 光伏電站建設對環境的正效應分析

2.1 有利于區域小氣候的調節改善

對戈壁地區光伏電站的環境效益研究表明[6]，光伏電站的建成在一定程度上調節了區域的小氣候，使得酒泉市東洞灘百萬千瓦光伏示范基地的地表接收的太陽輻射大大降低，年地表溫度降低18.03℃，日平均地表溫度降低0.049℃，日較差與年較差縮小，導致土壤水分的蒸發速率減少，空氣濕度有微量地增加，因此局部小氣候更有利于植被的生存，從而使該地的植被蓋度增加。

2.2 有利于生態脆弱地區植被建設

在陽光輻射較強的生態脆弱地區建設光伏電站可明顯改善建設區的生態環境，與光伏電站建設相同步的建設區綠化帶能夠防風固沙、涵養水分，有效降低生態脆弱區的水土流失；光伏板的設置能夠提高區域植被存活率及生長速率；干旱地區光伏板定期沖洗為植被生長提供了充足的水分，經驗表明光伏電站的建設能夠顯著提高建設區的植被覆蓋率，對生態脆弱區綠化起到良性改善作用。

電池板還能夠起到較好的阻風、固沙作用。對酒泉市東洞灘光伏電站的研究發現[6]，荒漠地區大面積的太陽能電池覆蓋于地表，增加了地表的粗糙度，使得地表風速降低，輸沙率也隨之降低，從而達到阻風、固沙的效果。建站之前荒漠戈壁的地表粗糙度等級為1級，粗糙度長度為0.03，電站建成后地表粗糙度等級達到并超過2級。植被的增加也增加了地表粗糙度，降低了風速。我國西北廣袤的戈壁荒漠區建立光伏電站能夠對當地環境的治理起到積極推動作用。

2.3 真正實現節能減排，減輕重金屬污染

與傳統發電技術相比，太陽能光伏發電應用清潔、可再生能源，是一項環境友好型發電技術。通過伏打效應將太陽能轉換為電能，轉換過程無需外界其他能量介入，不會排放氮氧化物、硫氧化物等污染性氣體、顆粒及水蒸氣、二氧化碳等溫室氣體，符合清潔生產原則，真正實現了節能減排。與傳統的火力發電相比，光伏發電每產生1kW·h的電，就相應節約了0.335kg標準煤，同時減少排放0.272kg炭粉灰、0.03kg二氧化硫，0.015kg氮氧化物[7]。以一個10MWp光伏發電項目為例，以年有效利用小時數等于1475小時計算，每年光伏電站發電14750MW·h，將節省標準煤5024噸，減排溫室氣體15768噸。光伏發電除了能減排氮氧化物等污染物之外，也相應減少煤炭開采的生態破壞，還可節約大量生產用水，減少了環境污染治理費用。

中國火力發電的重金屬污染主要來自于煤的燃燒。燃煤中含有很多重金屬元素，如As、Cd、Ni、Hg等[8]。這些重金屬不僅對土壤、大氣、水體等造成污染，還會造成生物體中毒。重金屬元素及其形成的化合物以煙霧或塵埃狀態散布在大氣中，不僅危害大，而且治理難度更大。就太陽能轉換成電能這一過程而言，光伏發電的過程中沒有重金屬的排放，相當于減少了重金屬的污染，屬于環境友好型能源。

2.4 復合型光伏產業發展帶來的環境效益

將光伏發電與農業、養殖業相結合的光伏發電技術是在原始光伏電站基礎上發展起來的兼具科學性、經濟性與環保性的新型光伏發電技術。這種技術實現了充分利用光伏項目場地土地資源進行農業種植、養殖業開發，從而提高了土地利用率、取得了很好的生態、經濟效益。

農業光伏電站將傳統農業種植與光伏發電相結合，提高光伏發電項目土地的綜合利用率，實現陽光、土地資源的立體高效利用。目前光伏農業主要應用模式是通過在農業大棚上架設不同透光率的太陽能電池板或者光伏薄膜來實現，利用太陽能板遮光吸熱特性，替代大棚建筑材料。據統計[9]，到2014年3月，我國光伏蔬菜大棚、“漁光互補”水產養殖、光伏畜禽養殖大棚項目已經達到400多個。光伏農業把農業、工業、生態結合起來，增加了農民收入，實現了低碳經濟、節能減排和清潔生產。

新型光伏電站的環境效益還體現在在實現發電、農牧業增值的同時能實現生態環境的恢復與保護，如光伏沙漠生態電站[10]。沙漠生態光伏電站注重沙漠生態治理和光伏發電同步發展，在電站周圍種植防護林體系，光伏板下安裝滴灌設施，種植牧草，使農牧業增收、土地增值、土地荒漠化得到控制。

3 光伏電站建設對環境的負效應分析

從宏觀上看，光伏發電技術在環境保護方面具有很大的優勢性，但就光伏發電系統的整個生命周期分析，其對環境造成的負效應也是不可忽視和亟需改進的。

3.1 光伏組件生產使用對環境的影響

作為太陽能電池板的主要原料，晶體硅的生產因提純工藝的缺陷導致生產過程中大量氯甲烷、氯化氫和四氯化硅等副產物的產生，這些副產物回收成本高，回收技術不完善。四氯化硅作為一種不穩定化合物，易受熱分解形成高毒腐蝕性煙氣，尾氣回收處理不當易引起有毒氣體外泄，對外界環境產生影響。

在使用過程中，多晶硅電池組件的玻璃表面結構也會產生化學光污染，為此一般采用透光率高的防眩光涂層材料，主要散射陽光。合理的布置面板位置和放置角度，從而改變太陽光反射高度，也可避免對附近高速公路和居民住宅等產生光污染。另外主變壓器所產生的廢油若在事故中處理不當則很有可能產生泄漏造成污染。

光伏組件在達到使用年限后需進行定期更換，更換的光伏元件一般進行返廠處理后再利用，較少產生固體廢棄污染。

3.2 光伏電站建站過程對環境的影響

光伏電站在建站施工期產生的環境影響主要來自土方的臨時堆放、建筑材料的運移遮蓋不當造成的二次揚塵，以及光伏支架基礎、逆變器室、集電線路等開挖造成土體和植被的破壞而導致水土流失，還有施工機械如挖掘機、起重機、推土機、攪拌機等產生的噪音污染等。

在光伏電站施工過程中通過合理調配挖填土方量、合理安排施工工序，嚴格落實水土保持措施，能夠減少施工對土體和植被的破壞，促進植被的恢復；合理安排機械施工時間，盡量避免噪音污染對周圍居民日常生活帶來的困擾；污水處理系統的合理設計能夠減少施工人員生活污水的排放。

4 結束語

光伏發電技術的大力發展在能源短缺的環境下是必然的，是一種環境友好型發電技術，符合節能減排的環保需求。光伏電站選址大多在生態環境較為脆弱的荒地，其建設可有效調節區域小氣候，提高建設區的植被覆蓋率并且具有防風固沙效果，對于生態脆弱地區的生態環境能夠起到一定改善作用，還能夠真正實現節能減排和減少重金屬污染；創新型光伏電站的建設更加在發電基礎上充分利用土地資源，實現了農牧業、生態環境的共贏發展，具有較好的經濟效益與環境效益。

光伏電站建設對環境產生的負效應主要因為技術方面的不成熟及監管不到位、防護措施布置不合理產生的。在光伏發電系統生命周期中，光伏電池原料多晶硅的提純與制作過程中會產生大量的副產物，副產物不能完全回收從而造成有毒有害物質的排放，應大力支持電池原料生產工藝與副產物回收環保技術的研發。環保部門要嚴格按照相關物質回收利用標準規定對多晶硅提純生產過程中產生的尾氣回收執行嚴格執法監管，確保企業在生產過程中產生的有害物質得到有效回收和處理。另外，光伏電站建設過程中監管不到位可能造成場地揚塵、光污染及噪音污染，可通過合理布設施工場地，合理安排施工工序，嚴格落實水土保持措施，可最大程度的消除或降低光伏電站建設對環境的負效應。

但無論從能源的可持續利用、生態環境、氣候變化以及市場擴張速度、成長前景看，太陽能是可再生資源發展中最有潛力的資源，伴隨著技術水平的提升，在今后發展中，其在可再生能源結構及我國整個能源結構中的地位將日益凸顯。

參考文獻

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[10]張宇.振發新能源：十年追日鑄輝煌[N].中國能源導報，2013-07-12.

作者簡介：趙名彥（1982-），女，漢族，內蒙古呼和浩特人，工程師，博士研究生，研究方向：水土保持和水資源綜合利用。