蓄滯洪區(qū)新能源設施建設風險效益研究與思考

孫 乾，丁志宏，劉 鋼

（1.寧夏回族自治區(qū)大柳樹水利樞紐工程前期工作中心，寧夏 銀川 750002；2.中水北方勘測設計研究有限責任公司規(guī)劃發(fā)展研究院，天津 300222；3.天津大學管理與經(jīng)濟學部，天津 300072）

“雙碳”目標是我國基于推動構(gòu)建人類命運共同體的責任擔當和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求而作出的重大戰(zhàn)略決策，彰顯了中國積極應對氣候變化、走綠色低碳發(fā)展道路、推動全人類共同發(fā)展的堅定決心，展示了新時代中國的大國形象和大國擔當[1]。

能源是社會經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，化石能源消費也是碳排放的最主要來源，實施碳達峰、碳中和的“雙碳戰(zhàn)略”要求大力發(fā)展新能源、因地制宜開發(fā)新能源、加快建設新型電力系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，截至2021年，全國已建、在建水力發(fā)電裝機規(guī)模約393 GW，其中抽水蓄能裝機規(guī)模3.64 GW、光伏并網(wǎng)裝機容量達到306 GW，連續(xù)7 a 穩(wěn)居全球首位，風電、光伏發(fā)電量占全國用電量比重達11%左右。我國能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，能源體系正向低碳化、多元化、多極化和智能化邁進。

蓄滯洪區(qū)主要是指河堤外洪水臨時貯存的低洼地區(qū)及湖泊等，其中多數(shù)蓄滯洪區(qū)在歷史上就是江河洪水淹沒和蓄洪的場所。蓄滯洪區(qū)包括行洪區(qū)、分洪區(qū)、蓄洪區(qū)和滯洪區(qū)。

受限于其功能定位，蓄滯洪區(qū)的基礎設施建設和社會經(jīng)濟發(fā)展受到一定的政策制約和建設限制，使其在招商引資、經(jīng)濟發(fā)展等方面處于弱勢地位，發(fā)展相對較慢[2]。以風電和光伏發(fā)電設施為代表的新能源基礎設施具有綠色、低碳、立體開發(fā)的優(yōu)勢，對于行洪、蓄洪的影響較小。在“雙碳”目標牽引下，如何科學、合理、高效、經(jīng)濟地開發(fā)利用蓄滯洪區(qū)進行新能源基礎設施建設，實現(xiàn)在一定的可接受風險條件下的經(jīng)濟性綠色開發(fā)，是貫徹“綠水青山就是金山銀山”理念，實現(xiàn)綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的一條可以探索的實踐途徑。

1 研究任務

在蓄滯洪區(qū)內(nèi)建設新能源基礎設施具有風險和效益雙重性，對此開展風險效益分析工作的研究任務可以概括為以下4項。

1.1 蓄滯洪區(qū)的可利用地塊快速識別

采用層次分析法（AHP）和GIS 疊加分析相結(jié)合的綜合評價方法，在深入了解蓄滯洪區(qū)范圍內(nèi)的風能/太陽能資源、土地利用、地形特征等影響因素基礎上，構(gòu)建用于快速篩選風電場/光伏電站可利用地塊的宏觀選址綜合評價模型。

1.2 蓄滯洪區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)價值損益評估

在蓄滯洪區(qū)開發(fā)建設光伏、風電等新能源設施，必將一定程度上改變已有的土地利用方式，從而引起生態(tài)系統(tǒng)服務功能發(fā)生替代損益，需要明確特定服務的供需狀態(tài)，評估蓄滯洪區(qū)建設新能源基礎設施之后的生態(tài)系統(tǒng)服務替代損益。

1.3 蓄滯洪區(qū)的可持續(xù)發(fā)展貢獻評估

重點考慮防洪安全、能源安全、低碳發(fā)展等方面，構(gòu)建蓄滯洪區(qū)的新建新能源基礎設施對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展水平影響的評價指標體系，結(jié)合典型蓄滯洪區(qū)發(fā)展需求，評估蓄滯洪區(qū)新能源基礎設施建設的生態(tài)承載底線、產(chǎn)業(yè)提升路徑。

1.4 蓄滯洪區(qū)的風險損失與效益評估

構(gòu)建在不同洪水深度、歷時、流速淹沒下的光伏、風電等新能源設施產(chǎn)能損失曲線，核算因災造成的直接經(jīng)濟損失；核算新能源和傳統(tǒng)能源產(chǎn)品替代產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。定量評估新能源設施開發(fā)給企業(yè)、地方帶來的經(jīng)濟影響；定量評估在蓄滯洪區(qū)開發(fā)新能源設施對流域、區(qū)域防洪安全和碳排放產(chǎn)生的影響，評價其環(huán)境影響。

2 技術(shù)方法

評價蓄滯洪區(qū)內(nèi)的新能源基礎設施建設的風險和效益是一項具有一定探索性的新工作領域，需要采用多種研究方法，簡述如下。

2.1 多學科交叉研究方法

蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務損益價值評估研究涉及水文學、環(huán)境科學、生態(tài)經(jīng)濟學、系統(tǒng)工程等學科領域，故采用多學科交叉的研究方法。從水文學、環(huán)境科學角度，全面系統(tǒng)地分析蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務物質(zhì)流的自然變化過程；從生態(tài)經(jīng)濟學角度，探討供需權(quán)衡下的蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務替代損益價值評估方法；從系統(tǒng)工程角度，構(gòu)建蓄滯洪區(qū)內(nèi)的新能源基礎設施建設對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展貢獻的評價技術(shù)。

2.2 數(shù)值模型法

運用水動力模型，模擬不同來水頻率下的蓄滯洪區(qū)的水深、流速、淹沒歷時的時空分布情況。按照水動力模型模擬的維度，水動力模型可以分為一維水動力模型、二維水動力模型以及三維水動力模型。在洪水模擬中，一維水動力模型具有計算效率高、所需要基礎數(shù)據(jù)少等優(yōu)點，但應用范圍較為局限，主要用來模擬計算城市地下管網(wǎng)、河網(wǎng)、街道的洪水演進，但不適用于街道交匯處和廣場等區(qū)域。二維水動力模型則主要用來模擬街道交匯處、廣場、湖泊等具有明顯二維流動特性的區(qū)域。由于在算法實現(xiàn)上的難度以及模擬計算時的工作量等原因，三維水動力模型在常規(guī)洪水模擬中應用不甚廣泛。從眾多研究成果中可以看出，在大中空間尺度的面狀區(qū)域地表洪水模擬中主要采用二維水動力模型[3-5]。

2.3 田野實驗法

田野實驗法又叫實地調(diào)研法，屬于社會科學研究方法，一般在真實環(huán)境中進行，通過設置不同的干擾參數(shù)，觀察統(tǒng)計各個變量之間的關系。由于實驗的設計不僅要考慮自變量與應變量，更應注意設置需要控制不變的控制變量，才能更有效地檢測出自變量與應變量之間的關系。最常見的設計是進行干預組（隨機指定一些實驗對象來接受專門的處理）和控制組（沒有接受過處理的實驗對象）的劃分和對照。以新能源設施的光伏板為例，在田野實驗中可將淹沒水深、光伏板的安置高度、角度等作為控制變量，將天氣等環(huán)境因素作為固定變量，統(tǒng)計不同情境下光伏板的產(chǎn)能情況。

2.4 成本收益分析法

成本收益分析法是經(jīng)濟學中較為普遍的分析方法，該方法的基礎是追求效用最大化，即在經(jīng)濟活動中以最少的投入獲得最大的收益。成本主要指機會成本，在企業(yè)中，指利用一定時間或資源生產(chǎn)一種商品時，從而失去的利用這些時間或資源生產(chǎn)其他最佳替代品的機會。收益即指企業(yè)因此活動而產(chǎn)生的盈利。具體可通過收集傳統(tǒng)能源設施和新能源設施的搭建成本、產(chǎn)量和產(chǎn)值等數(shù)據(jù)，分析新能源設施的機會成本，比較二者產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。

2.5 足跡核算方法

水足跡是指產(chǎn)品生產(chǎn)活動中消耗的水資源量，水足跡評價作為一種分析工具，能夠很好地描述人類活動和水資源短缺間的緊密關系。具體可采用自下而上的水足跡核算方法，即從新能源設施的原材料生產(chǎn)和加工為起點，包括能源設施的裝配、產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸，直至到產(chǎn)品被消費的所有過程中，核算消耗的總水量。生產(chǎn)產(chǎn)品所消耗的總水量即為產(chǎn)品的水足跡。碳足跡指企業(yè)機構(gòu)、活動、產(chǎn)品或個人通過交通運輸、食品生產(chǎn)和消費以及各類生產(chǎn)過程等引起的溫室氣體排放的集合。同水足跡核算一樣，具體可采用自下而上的碳足跡核算方法，核算新能源設施從原材料制造過程到最終產(chǎn)品消費階段排放的所有二氧化碳量。生產(chǎn)產(chǎn)品所排放的總二氧化碳量即為產(chǎn)品的碳足跡。

3 研究內(nèi)容

3.1 蓄滯洪區(qū)的可利用地塊快速識別

本項任務的研究內(nèi)容可以分為5個部分，具體如下。

（1）剔除不可利用地塊。借助土地分類數(shù)據(jù)和遙感影像解譯結(jié)果，剔除城市、村莊、耕地、自然保護區(qū)、水系等不允許建立風電場或光伏電站的區(qū)域。

（2）建立評價指標體系。考慮風能/太陽能資源、地形、交通、土地利用和氣象災害等影響因素，為每類影響因素選擇合適的定量或定性評價指標，并構(gòu)建宏觀選址綜合評價的指標體系。

（3）單指標適宜性評價。對所有評價指標進行適宜性量化處理，將計量單位和數(shù)量級別不同的各個定量和定性指標統(tǒng)一到一個量化的指標體系中，便于場址評價中進行分析和處理。

（4）層次分析綜合評價模型建立。確定層次分析結(jié)構(gòu)的目標層、準則層和指標層，根據(jù)各個指標對評價結(jié)果影響的相對重要性，確定指標權(quán)重。

（5）空間疊加綜合評價。利用層次分析法將指標適宜性進行疊加分析，得到地塊的適宜性綜合評價分數(shù)。

3.2 蓄滯洪區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)價值損益評估

本項任務的研究內(nèi)容可以分為3個部分，具體如下。

（1）蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務物質(zhì)量核算技術(shù)。基于聯(lián)合國千年生態(tài)評估分析框架，采用InVEST軟件平臺，在高精度格網(wǎng)下系統(tǒng)評估典型蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務（供給、調(diào)節(jié)、文化）的物質(zhì)量規(guī)模。

繪制典型蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務體系的空間譜圖，構(gòu)建蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務的熱點與冷點區(qū)域繪制技術(shù)，揭示蓄滯洪區(qū)土地開發(fā)利用與生態(tài)系統(tǒng)服務的互饋關系。

（2）蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務供需權(quán)衡分析技術(shù)。考慮到區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)服務的供需互饋具有非線性、動態(tài)性和不確定性等特點，采用“驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應”的復雜系統(tǒng)分析模型，分析蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務供需的多主體、多要素、多場景、多目標、多過程系統(tǒng)特征，通過田野調(diào)查，辨識蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務與經(jīng)濟社會需求之間的復雜互饋機制。

考慮典型供需場景下的關鍵控制要素貢獻差異，采用系統(tǒng)動力學方法，構(gòu)建蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務供需互饋分析技術(shù)，利用蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務需求定量評估技術(shù)，辨識蓄滯洪區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展對生態(tài)系統(tǒng)服務能力的需求結(jié)構(gòu)。

結(jié)合統(tǒng)計資料、遙感遙測數(shù)據(jù)資料，采取空間計量分析方法，從產(chǎn)量、存量、流量3 個方面構(gòu)建典型蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務供需盈虧權(quán)衡分析模型，從供需平衡角度分析生態(tài)系統(tǒng)服務能否滿足經(jīng)濟社會發(fā)展以及生態(tài)系統(tǒng)自我維持需求，揭示蓄滯洪區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展對特定生態(tài)系統(tǒng)服務的價值偏好。

（3）蓄滯洪區(qū)+光伏的生態(tài)系統(tǒng)服務替代損益價值評估技術(shù)。綜合運用生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值（GEP）核算方法體系，結(jié)合典型蓄滯洪區(qū)對特定生態(tài)系統(tǒng)服務的價值偏好，構(gòu)建蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務供需狀態(tài)的價值量化模型。其中，供給服務主要采用市場價格法評估；支持服務主要采用替代成本法、邊際收益法評估；文化服務主要采用支付意愿法評估。

考慮不同生態(tài)系統(tǒng)服務之間供需狀態(tài)對特定服務價值偏好的影響，通過問卷分析與模擬計算，設計生態(tài)系統(tǒng)服務替代情境體系，構(gòu)建典型蓄滯洪區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務替代方案集，從服務替代直接損益、服務維持機會成本、服務替代交叉影響等方面評估生態(tài)系統(tǒng)服務可替代度，構(gòu)建蓄滯洪區(qū)建設新能源基礎設施的生態(tài)系統(tǒng)服務替代損益價值評估技術(shù)。

3.3 蓄滯洪區(qū)的可持續(xù)發(fā)展貢獻評估

基于聯(lián)合國2030 可持續(xù)發(fā)展目標評價體系（SDGs），圍繞經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境3個方面，重點考慮防洪安全、能源安全、低碳發(fā)展等方面因素，構(gòu)建蓄滯洪區(qū)新能源基礎設施建設對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展水平影響的評價指標體系。

采用系統(tǒng)動力學模型，構(gòu)建區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的動態(tài)預測評價模型，結(jié)合典型蓄滯洪區(qū)發(fā)展需求，評估蓄滯洪區(qū)建設新能源基礎設施的生態(tài)承載底線、產(chǎn)業(yè)提升路徑的合理性。

3.4 蓄滯洪區(qū)的風險損失與效益評估

本項任務的研究內(nèi)容可以分為3個部分，具體如下。

（1）災害對新能源設施的直接影響評價。洪澇災害是蓄滯洪區(qū)范圍內(nèi)最為頻繁發(fā)生的災害，也是造成該區(qū)域內(nèi)光伏、風電等新能源設施直接損失的主要災害。災害對新能源設施的影響主要表現(xiàn)為產(chǎn)能損失，即新能源設施因災害事件而導致產(chǎn)能下降或停止生產(chǎn)從而引發(fā)的損失風險。為了衡量洪災和新能源設施產(chǎn)能之間的關系，具體可通過田野實驗和數(shù)值模擬，結(jié)合主管部門、建設單位、行業(yè)專家的實踐經(jīng)驗和集體意見，收集不同水淹深度下、不同設置情景的新能源設施產(chǎn)能數(shù)據(jù)和信息，構(gòu)建在不同洪水深度淹沒下光伏、風電等新能源設施產(chǎn)能的損失曲線，核算因災造成的直接經(jīng)濟損失，定量評估新能源設施在洪澇災害中產(chǎn)生的直接風險。

（2）新能源設施開發(fā)的經(jīng)濟影響評價。新能源設施開發(fā)的經(jīng)濟影響主要指因新能源設施的生產(chǎn)和服務活動而給企業(yè)、當?shù)丶爸苓厧淼慕?jīng)濟效益。當企業(yè)在本地的生產(chǎn)量無法滿足本地用戶需求量時，企業(yè)需從外部調(diào)入產(chǎn)品以平衡供需市場，此時，新能源設施的產(chǎn)品可以用來替代企業(yè)從外部調(diào)入的產(chǎn)品量。當企業(yè)在本地的生產(chǎn)已經(jīng)可以滿足本地市場時，新能源設施的產(chǎn)品可以用來代替本地傳統(tǒng)能源設施產(chǎn)品，也可以用來出口到其他地區(qū)，極大地推進本地的經(jīng)濟發(fā)展。具體可采用成本收益分析方法，通過比較單位產(chǎn)量或價值內(nèi)傳統(tǒng)能源設施和新能源設施的生產(chǎn)、外部調(diào)入和調(diào)出成本，核算新能源和傳統(tǒng)能源產(chǎn)品替代產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，定量評估新能源設施開發(fā)給企業(yè)、當?shù)丶爸苓厧淼慕?jīng)濟影響。

（3）新能源設施開發(fā)的環(huán)境影響評價。新能源設施與傳統(tǒng)能源設施相比，在環(huán)境方面有著極為顯著的積極影響，尤其是在節(jié)約用水和減少碳排放方面。基于水足跡和碳足跡的理念，定量評估新能源設施開發(fā)對水資源和碳排放產(chǎn)生的影響。具體可通過收集傳統(tǒng)能源設施和新能源設施的生命周期數(shù)據(jù)，核算同一產(chǎn)品不同生產(chǎn)方式引發(fā)的水足跡和碳足跡，定量評估新能源設施開發(fā)在產(chǎn)品和企業(yè)層面、蓄滯洪區(qū)層面所引發(fā)的環(huán)境影響。

4 結(jié)語

蓄滯洪區(qū)作為流域防洪工程體系的重要組成部分，在承擔防洪減災任務的同時，也承擔了發(fā)展滯后的損失。結(jié)合新形勢、新任務，因地制宜地在蓄滯洪區(qū)內(nèi)適度建設以光伏發(fā)電、風力發(fā)電為代表的新能源基礎設施，在不影響防洪安全的前提下，由建設主體承擔風險損失、創(chuàng)造相應的生態(tài)價值、經(jīng)濟效益是實現(xiàn)蓄滯洪區(qū)綠色低碳、高質(zhì)量發(fā)展的一條可行途徑。本文所述的研究內(nèi)容是對開展此項工作的技術(shù)思考。