淺談光伏電站建設(shè)對荒漠地區(qū)治理意義

我國是世界上受荒漠化危害最嚴(yán)重的國家之一，荒漠化面積大、分布廣、程度重，嚴(yán)重制約了地區(qū)人口、資源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展?；哪刮覈糠洲r(nóng)田糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)，引起草場退化，水利工程設(shè)施排灌效能減弱，鐵路和公路交通阻塞，沙塵暴天氣猖獗等等。利用荒漠地區(qū)的自然條件及特點，開發(fā)利用太陽能光伏發(fā)電，不僅能促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，還對荒漠地區(qū)治理著重要意義。

一、荒漠化現(xiàn)狀、成因及危害

（一）荒漠化現(xiàn)狀

荒漠化是指在干旱、半干旱和部分濕潤、半濕潤地區(qū)，由于氣候變化和人類活動等各種因素所造成的土地退化，它使土地生物和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)潛力減少，甚至基本喪失。表現(xiàn)在耕地退化、林地退比、草地退化而使土地沙漠化、土壤次生鹽漬化以及石質(zhì)荒漠化。

根據(jù)全國第四次荒漠化監(jiān)測結(jié)果顯示，截止2009年底，中國荒漠化土地總面積262.37km2，占國土總面積的27.33%。監(jiān)測表明，我國土地荒漠化整體得到初步遏制，荒漠化土地持續(xù)凈減少，但在黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河北、山西、陜西、寧夏、甘肅、青海和新疆等?。▍^(qū)）共212個區(qū)、縣仍在擴(kuò)展。

（二）荒漠化成因

土地荒漠化是自然因素和人為活動綜合作用的結(jié)果。自然地理條件和氣候變異形成荒漠化的過程是緩慢的，而人類活動則激發(fā)和加速了荒漠化的進(jìn)程，成為荒漠化的主要原因。

1、自然原因

（1）充足的沙源

充足的沙源是土地沙漠化的物質(zhì)基礎(chǔ)，從地質(zhì)歷史角度來看，第四紀(jì)時期，大多沙漠均埋藏有古風(fēng)成沙（如騰格里、毛烏素沙漠），這些古風(fēng)成沙為地質(zhì)歷史時期沙漠的形成、發(fā)展提供了沙源。地層中的古風(fēng)成沙，記錄了沙漠在中更新世以前已經(jīng)存在大片沙漠，而且風(fēng)成沙與黃土、古土壤或湖相地層迭覆出現(xiàn)的特點，證明沙漠并非從形成就持續(xù)至今，而是在第四紀(jì)氣候震蕩變化的調(diào)節(jié)下經(jīng)歷了沙漠非沙漠的多次轉(zhuǎn)變。

（2）氣候條件

氣候變化的范圍涉及到整個地球，氣候變化結(jié)果會導(dǎo)致荒漠化的加強。如毛烏素沙漠地區(qū)1953—1986年出現(xiàn)干旱年份5次，其中1979—1983年連續(xù)干旱，1965—1975年平均降水量（252.4 mm），比前10年減少了6.2%，而蒸發(fā)量（2600 mm）增加了5.1%，可見，氣候的變化趨勢是向更干旱方向發(fā)展。在我國北方，沙塵暴頻繁活動季節(jié)為冬春季節(jié)，這與當(dāng)?shù)氐母珊导竟?jié)相一致，據(jù)研究起沙風(fēng)速為大于5 m/s，而這些地區(qū)多年平均風(fēng)速為2.9 m/s，最大風(fēng)速可達(dá)31 m/s，多年平均風(fēng)速大于5 m/s的大風(fēng)天數(shù)為38天，無疑為風(fēng)沙活動與沙的運移創(chuàng)造了條件。2001年春節(jié)數(shù)次沙塵暴使內(nèi)蒙古沙漠界限向前推進(jìn)了2 m，沙塵隨風(fēng)襲擊了北京市，最嚴(yán)重的一次沙塵暴波擊到南京、上海等南方城市及韓國。

2、人為原因

人口增長對土地的壓力是土地荒漠化的直接原因。干旱土地的過度放牧、粗放經(jīng)營、盲目墾荒、水資源的不合理利用、過度砍伐森林、不合理開礦等是人類活動加速荒漠化擴(kuò)展的主要表現(xiàn)。亂挖中藥材、毀林開荒等更是直接形成土地荒漠化的人為活動。另外，不合理灌溉方式也造成了耕地次生鹽漬化。就全世界而言，過度放牧和不適當(dāng)?shù)暮底鬓r(nóng)業(yè)是干旱和半干旱地區(qū)發(fā)生荒漠化的主要原因。同樣，干旱和半干旱地區(qū)用水管理不善，引起大面積土地鹽堿化，也是一個十分嚴(yán)重的問題。從亞太地區(qū)人類活動對土地退化的影響構(gòu)成來看，植被破壞占37%，過度放牧占33%，不可持續(xù)農(nóng)業(yè)耕種占25%，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過度開發(fā)占5%。非洲的情況與亞洲類似，過度放牧、過度耕作和大量砍伐樹木是土地荒漠化的主要原因。我國土地荒漠化的主要原因有以下幾點：

（1）過度放牧

由于氣候變化和人類活動等各種因素所造成的土地退化，使土地生物和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)潛力減少，甚至基本喪失。表現(xiàn)在耕地退化、林地退化、草地退化而使土地沙漠化、土壤次生鹽漬化以及石質(zhì)荒漠化。特別是在干旱年份，草場生產(chǎn)力急劇下降，而牲畜數(shù)量卻得不到及時調(diào)整。草場超載過牧，導(dǎo)致了大面積的土地沙化。

（2）毀草毀林墾荒

據(jù)衛(wèi)星遙感調(diào)查結(jié)果，黑龍江、甘肅、新疆、內(nèi)蒙古4?。▍^(qū)）1986—1996年毀草墾荒1.17萬平方公里，而其中一半在開墾幾年后撂荒，成為新的荒漠化土地。由于違背自然規(guī)律的濫墾，使原本就十分脆弱的生態(tài)環(huán)境失去植被的保護(hù)，在干旱、大風(fēng)等惡劣自然條件的影響下，土地因風(fēng)蝕嚴(yán)重沙化。

（3）亂采濫伐

荒漠化地區(qū)的植被多是重要的薪柴和藥材資源。據(jù)有關(guān)資料，柴達(dá)木盆地原有固沙植被2萬多平方公里，到80年代中期，因樵采已毀掉三分之一以上。

（4）水資源的不合理利用

一些地區(qū)水資源的不合理利用導(dǎo)致了大面積的土地荒漠化，如塔里木河下游地區(qū)因農(nóng)業(yè)過度用水，使輸往下游的水量急劇減少以至斷流，造成了下游地區(qū)植被的衰退、死亡及大片土地的沙化。

（5）森林資源的不合理開發(fā)

資源的不合理開發(fā)使森林遭受破壞。雨水沖刷裸地，造成水土流失，進(jìn)而出現(xiàn)溝壑，導(dǎo)致水災(zāi)。在干早時期，風(fēng)把干燥表土吹走，造成山地巖石裸露，寸草不生。這就是破壞森林造成的惡性循環(huán)的結(jié)果。

（三）荒漠化危害

1、生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性保護(hù)受到破壞

很多物種絕滅，土壤退化，土地生產(chǎn)力下降。荒漠化惡化了人們的生存環(huán)境，加劇風(fēng)沙、干旱、洪澇等自然災(zāi)害。在中國北方沙區(qū)、每年8級以上大風(fēng)日數(shù)為30—10d。有些地方出現(xiàn)沙塵暴；水土流失嚴(yán)重的黃土高原，侵蝕模數(shù)平均在5000—8000T/km2Y，最高達(dá)20000T/km2Y，每年流入黃河的泥沙量達(dá)16億噸，使下游河床年平均抬高10cm（劉愛民等，1997；Naveh Z.，1997）。

2、制約了當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟(jì)的發(fā)展

1991年全球范圍內(nèi)由荒漠化造成的損失為422.08億美元，其中灌溉農(nóng)業(yè)損失107.85億美元，旱作農(nóng)業(yè)81.89億美元，草原232.34億美元（安鳳生等，2011）。數(shù)據(jù)顯示，我國荒漠化土地占國土面積的27.46%，約有4億人口受到荒漠化危害，每年因荒漠化危害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1200億元。2003年，中國重沙區(qū)農(nóng)民人均純收入僅為中國平均水平的三分之二，與發(fā)達(dá)地區(qū)差距更大。中國已是世界土地退化最為嚴(yán)重的國家之一。土地退化是危及人類生存與發(fā)展的重大問題（周霞，2013）。土地沙漠化對我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成了嚴(yán)重影響。因此，土地沙漠化已成為我國必須解決的重大問題（安鳳生等，2011）。

3、造成受影響地區(qū)人民生活的貧困

據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織報道，全球25%左右的人口靠已經(jīng)退化的土地維持生計，每年因土地退化而導(dǎo)致生產(chǎn)力喪失的成本大約為400億美元。在一些地區(qū)已經(jīng)陷入“土地退化—陷入貧困—過度利用—土地惡化—加劇貧困”惡性循環(huán)之中?；哪延绊懙饺蜿懙孛娣e的25%和世界近25%的人口，給全球許多國家人民的生產(chǎn)、生活以及生存帶來了嚴(yán)重的災(zāi)難，并成為導(dǎo)致貧困和阻礙與社會持續(xù)發(fā)展的重要因素（周霞，2013）。荒漠化既是不合理經(jīng)濟(jì)活動的結(jié)果，又是人民貧窮的根源。中國的貧困縣幾乎都集中分布在荒漠化地區(qū)。荒漠化加深了貧困程度，擴(kuò)大了地區(qū)差距。據(jù)調(diào)查，全國農(nóng)村人口的1/4生活在荒漠化地區(qū)，其人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值僅為全國平均水平的34.2%，是東部地區(qū)的1/5?；哪沟铆h(huán)境惡化，土地生產(chǎn)力嚴(yán)重衰退，危及當(dāng)?shù)厝嗣竦纳姘l(fā)展，加重了貧困程度；同時荒漠化威脅交通、水利、工礦設(shè)施及國防基地的安全，影響生產(chǎn)，嚴(yán)重制約社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，成為全國性的重大生態(tài)環(huán)境問題。

二、光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

太陽能的開發(fā)利用目前主要包括太陽能光伏發(fā)電（PV系統(tǒng)）、太陽能熱發(fā)電（CSP系統(tǒng)）和太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能建筑及太陽能空調(diào)、太陽能海水淡化等等方面。

太陽能光伏發(fā)電的核心技術(shù)是光伏電池的光電轉(zhuǎn)化率，因此，世界各國正在積極努力開發(fā)生產(chǎn)各種光伏電池。目前從晶硅薄膜、單晶硅、多晶硅電池到非晶硅薄膜電池、染料敏化電池。太陽能電池已進(jìn)入第三代電池階段，目前染料敏化電池的成本僅相當(dāng)于晶硅電池的1/10，而轉(zhuǎn)化率已達(dá)到11%，達(dá)到晶硅電池的最大效率的一半之多，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果頗佳。單位成本降低80%，技術(shù)取得重大突破。從而使系統(tǒng)成本大大降低，使太陽能光伏發(fā)電可以與常規(guī)能源發(fā)電相競爭，在政府的大力支持下，太陽能光伏發(fā)電必將取得前所未有的巨大發(fā)展。

光伏發(fā)電具有“無噪聲、無污染、能量隨處可得、不受地域限制、無需消耗燃料、可以無人值守、建設(shè)周期短、規(guī)模設(shè)計自由度大、可就地使用等優(yōu)點都是常規(guī)發(fā)電和其它發(fā)電方式所不能比擬。太陽能的主要缺點是能量與功率密度低，為滿足大規(guī)模能源需求，減輕環(huán)保壓力，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。還得依靠建立大型集中能源基地，必須占用大量土地，充分利用荒漠地區(qū)的自然條件及特點，構(gòu)建荒漠地區(qū)大規(guī)模綜合能源基地和治理有著重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

三、荒漠地區(qū)開發(fā)太陽能資源的意義

在荒漠化地區(qū)大規(guī)模開發(fā)利用太陽能，一是可解決當(dāng)?shù)卮蟛糠秩说木蜆I(yè)問題，使當(dāng)?shù)丨h(huán)境不適宜農(nóng)牧樵采的地區(qū)農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)為產(chǎn)業(yè)工人，減少農(nóng)牧樵采規(guī)模和面積，減少農(nóng)業(yè)對水資源的需求，利于生態(tài)環(huán)境改善；二是太陽能資源開發(fā)可提供大量能源，減少當(dāng)?shù)鼐用駥ι镔|(zhì)能的需求，改善環(huán)境；三是荒漠地區(qū)太陽能電站太陽板可減少太陽的直接輻射、有效減少地表水分的蒸發(fā)量，促進(jìn)植被的恢復(fù)與生長；四是大規(guī)模的太陽能板能減弱地表風(fēng)速，可起到防風(fēng)固沙的作用，改善當(dāng)?shù)氐闹脖?，改善生態(tài)環(huán)境。

荒漠地區(qū)規(guī)模化開發(fā)利用太陽能資源具有重要的社會價值。首先，據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的報告——《綠色就業(yè)：在可持續(xù)低碳世界的體面工作》，僅可再生能源領(lǐng)域近年來就創(chuàng)造了230萬個就業(yè)機(jī)會。預(yù)計到2030年，這一領(lǐng)域的投資將達(dá)到6300億美元，這將至少創(chuàng)造2000萬個額外的就業(yè)機(jī)會。其次，節(jié)能減排，用光電代替煤電，減少溫室氣體和有害氣體排放，減緩全球氣候變暖，改善大氣質(zhì)量。

甘肅河西走廊地區(qū)大多地形地貌屬山前沖擊、洪積平原，場地較開闊，起伏不大，地表為荒漠草原植被，分布有耐旱植物，多有荒漠化現(xiàn)象。而甘肅省位于我國中部的黃土高原、青藏高原和內(nèi)蒙古高原的交匯處，東西長1655km、南北寬530km，面積達(dá)45.37萬km2，全省海拔大多在1000m以上。太陽輻射強度大，光照時間長，地勢海拔高、陰雨天氣少、日照時間長、大氣透明度好，有著豐富的太陽能資源。年總輻射量在4800MJ/m2—6400MJ/m2之間，年資源理論儲量67萬億kW·h。各地年日照時數(shù)在1700h—3320h之間，自西北向東南呈逐漸減少趨勢，河西走廊地處戈壁荒漠，面積廣闊，是甘肅省太陽輻射豐富區(qū)，多年平均太陽輻射量6363.79MJ/m2，多年平均日照小時數(shù)3287.8h。太陽能資源豐富，開發(fā)建設(shè)條件十分優(yōu)越，比較適合建設(shè)大型光伏電站。

甘肅省大部分荒漠地區(qū)處于甘肅北部和中部地區(qū)，這些地區(qū)日照時間長，大氣透明度高，地勢平坦、太陽能資源相當(dāng)豐富，北部地區(qū)年太陽輻射在6680—8400MJ/m2，中部地區(qū)年太陽輻射在5850—6680MJ/m2之間，荒漠地區(qū)年太陽輻射平均值在6000MJ/m2以上。僅以開發(fā)利用荒漠化土地中的未利用地測算，按年輻射量6000 MJ/m2計，則甘肅省荒漠化未利用土地上的太陽能年輻射總量達(dá)5.09x1014 MJ/a，約合1.42x1014kW﹒h，若按平均15%的轉(zhuǎn)換率計算（目前商業(yè)化的單晶硅、多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換率在14%—16%之間），逆變器損耗按40%計，年發(fā)電量可達(dá)1.28x1013kW﹒h，可完全滿足2050年中國總電力需求（2004年中國電力科學(xué)院預(yù)測2050年中國總電力需求為9.27x1012kW﹒h）。由此可見，甘肅省荒漠化地區(qū)太陽能資源儲量大，開發(fā)潛力高，作為未來中國清潔能源供應(yīng)基地具有重要意義。

甘肅省荒漠化土地的范圍涉及面積約2.4x107hm2，荒漠化土地總面積約19347753.7hm2?；哪恋乜偯娣e占全省總面積的54.8%與新疆、內(nèi)蒙古、青海等省份相比，具有利用電負(fù)荷中心近、電網(wǎng)覆蓋率高、土地平坦、交通發(fā)達(dá)、開發(fā)利用成本低等優(yōu)勢。因此全面落實國家構(gòu)建荒漠化地區(qū)可再生能源基地的戰(zhàn)略部署，加大開發(fā)利用甘肅省荒漠地區(qū)豐富的太陽能資源，對甘肅省的經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展乃至生態(tài)環(huán)境改善都有非常重要的意義。截止2014年11月已經(jīng)獲得路條的光伏發(fā)電項目已經(jīng)達(dá)到了10631.4MW，并網(wǎng)項目達(dá)到4527.5MW。

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（樊楨，1995年生，甘肅蘭州人，華北電力大學(xué)電氣工程自動化專業(yè)）