光伏发电作为一种环境友好并能有效提高生活标准的新型发电方式，正在全球范围内逐步推广应用。光伏发电产业在改善国家能源结构、治理生态与环境污染、扶贫开发等方面均起到了重要作用。我国西北地区拥有大面积的草原化荒漠和荒漠土地，该区域较好的光照和土地资源使其成为地面式光伏电站的主要集中区域。

北方荒漠区建设光伏电站前景

(相关资料图)

目前我国的光伏电站主要以地面电站为主，占到总装机量的70%。地面式光伏电站的建设需要丰富的太阳能资源和广阔的土地资源。我国太阳年辐射总量大致可以从内蒙古自治区锡林浩特和云南腾冲连线分为东、西两部分。东部地区太阳年总辐射量在5500MJ·m–2 以下，整体较弱。西部地区太阳年总辐射整体强于东部，高值中心在地势高、云量少的青藏高原地区，太阳年辐射量基本在6500 MJ·m–2以上，最大值在噶尔（可达8570MJ·m–2），为全国之冠；青海、内蒙古西部和北部、甘肃中北部、四川西部的太阳年总辐射量也很丰富。我国西北干旱半干旱荒漠、沙漠地区恰好是太阳能资源丰富区。该区域是中国沙漠最为集中的地区，约占全国沙漠总面积的80%，主要分布有塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、库姆塔格沙漠及库布齐沙漠等。这些地区不仅具备较好的太阳能光照资源，而且不占用宝贵的耕地资源，土地占用成本低廉，是地面式光伏电站规模化建设的理想场所。

第六次全国荒漠化和沙化调查结果显示，截至2019年，全国荒漠化土地面积257.37万平方公里，占国土面积的26.81%；沙化土地面积168.78万平方公里，占国土面积的17.58%；具有明显沙化趋势的土地面积27.92万平方公里，占国土面积的2.91%。根据我国2020 年为900GW（9 亿kW）的电力装机容量估计，年发电量可达到4500TW·h，如果利用沙漠资源建设大型太阳能沙漠电站，以太阳能光伏电站为例，则需9000km²（每平方米按100W 装机）。按照光伏发电全年平均1500h 计算，达到2020 年预测的4500TW·h 发电量所需的占地面积为27 000 km²，仅为中国荒漠面积的1.03%，所以在我国建设太阳能沙漠电站具备良好的资源优势。

虽然在荒漠区建设太阳能光伏电站有诸多好处，但同时也存在一些挑战，特别是对环境的挑战。从光伏发电站对环境影响的角度出发，荒漠地区气候干旱、降水稀少、风大沙多、水资源短缺、植被稀少，是生态环境最为严酷和脆弱的区域，大规模光伏电站的兴建过程对地表造成的扰动会影响荒漠区的土壤环境，地表风沙运动过程也随之改变。而光伏电板的长期布设对局地气候条件的改变会进一步影响当地原生植物的存活和生长。荒漠地区频繁的风沙活动在电板前沿的加速会进一步对光伏组件的基座产生掏蚀，严重的风打沙割会对光伏电板的表面产生磨损，降尘过程则会使电板透光率发生改变进而影响发电效率。

▲ 野外试验观测场

光伏阵列扰动下近地表风沙运动野外观测试验在建设初期的2#光伏电站内于2019 年3 月25 日至4 月27日开展，包括风况、输沙率、风蚀量的同步观测，测试期间观测场地表无植被盖度。野外试验观测前，相较于建设初期，试验光伏电板周围已经发生严重的风蚀和堆积现象，光伏电板下掏蚀形成以光伏电板前沿为轴线的风蚀沟槽，板间形成堆积沙垄（A、B）。因此，在观测仪器布设前，首先将试验光伏电板周围地表进行整平（C、D），整平后的光伏电板前沿高度距离地表约35cm（E、F）。

基于这些现实因素，（高永等著. 北京：科学出版社，2023.5）著者课题组分别以库布齐沙漠、乌兰布和沙漠和土默特平原上的典型分布式光伏电站为研究对象，开展了关于光伏阵列和单个电板对气候及下垫面环境影响的一系列研究；同时，通过野外观测和室内模拟进行了风沙环境对光伏发电影响的有关研究。通过课题组多年研究，

明确了光伏电板的遮阴效果对板下天然植被群落特征的影响，归纳并总结出电板遮阴对资源植物生理特征和品质的影响；

分析并得出了光伏电站的长期布设对站内土壤质地和水肥特征的影响机理；

通过大量野外试验厘清单个光伏电板和光伏阵列对过境风沙流和地表蚀积过程的扰动特征；

利用自制光伏发电装置，通过模拟试验得出风沙打磨和积尘对光伏电板发电效率的影响，并揭示高茎植物遮挡电板对光伏发电效率的干扰程度。

▲ 著者委员会

本书由内蒙古农业大学、水利部牧区水利科学研究所、北京大学、内蒙古自治区林业科学研究院、内蒙古自治区水利科学研究院、内蒙古自治区水利事业发展中心、中国林业科学研究院沙漠林业实验中心、河北省水利技术试验推广中心、内蒙古职业技术学院、乌审旗林业和草原局等单位的26位专家共同撰写。

是作者多年来取得的相关研究结果的系统总结，以光伏电站与环境之间的关系为主线，介绍了我国荒漠区光伏电站对当地天然资源植物生长发育、土壤结构、风沙过程及气候环境的影响机理，同时揭示外部环境改变对光伏电站自身发电效率的影响。全书共分为7 章。

第1 章主要对北方荒漠区建设光伏电站前景进行了介绍，归纳并总结了光伏电站对自然环境影响的研究进展。

第2 章对所研究的区域进行了划分，并对各研究区的自然概况进行了介绍。

第3 章研究了荒漠草原区和荒漠区光伏电站对天然植被群落特征的影响，重点介绍了光伏电板对当地建群种植物生长和乡土资源植物品质的影响机理。

第4 章从土壤的机械组成和水分运移过程两个方面明确了光伏电站对土壤物理性质的影响。通过对光伏电板下不同位置和电站内不同治理措施下土壤养分含量的变化规律进行量化分析，最终厘清了光伏电站对土壤性质的影响。

第5 章介绍了单个光伏组件及阵列对气流场的影响，同时明确了单个光伏组件和整个阵列对输沙特性的影响。通过研究光伏阵列内不同位置的蚀积状态变化，揭示了光伏阵列对地表蚀积的扰动规律。

第6 章重点介绍了光伏电站对局地气候环境的影响，包括对地表和一定高度的大气温湿度变化的影响方式，同时阐明了光伏电站影响下的辐射量变化规律。

第7 章介绍了特殊环境条件对光伏电板发电的影响，重点介绍了风沙打磨电板和电板积尘对光伏发电效率的影响，最后通过野外测定得出高茎植物遮挡电板对光伏发电效率的影响。

本书由下列课题共同资助：国家自然科学基金项目“沙区光伏发电厂与其环境的互馈机制（41461001）”、国家重点研发计划项目“沙区生态光伏电场沙害综合防治技术与示范（2016YFC0500906-3）”、内蒙古自治区科技重大专项课题“沙区生态光伏电场防沙治沙关键技术（zdzx2018058-3）”、内蒙古自治区财政厅科技创新引导基金项目“沙区光伏电场生态沙产业技术研发与示范”、内蒙古自治区高等学校科研项目“光伏电板阵列对荒漠草原风水复合侵蚀的影响机制（NJZY19052）”。

光伏电站与环境之间的互馈作用是荒漠地区光伏产业发展和清洁能源利用的一项重要参考依据，该理论体系的提出将弥补光伏发电与环境之间潜在关系研究的不足，为我国大面积荒漠地区未来的光伏电站建设和清洁能源产业长足发展提供了有力的支持，同时为推动以光伏治沙为主的特色沙产业提供了初步的理论依据。著者殷切希望本书的出版能够引起相关人士对该领域研究的更多关注和支持，并对从事荒漠化防治乃至环境保护方面的学者及工作人员有所裨益。

本文摘编自《光伏电站与环境》（高永等著. 北京：科学出版社，2023.5）一书“前言”“1 绪论”，有修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-073982-7

责任编辑：张会格 刘 晶

本书以光伏电站与环境之间的关系为主线，介绍了我国荒漠区光伏电站对当地天然资源植物生长发育、土壤结构、风沙过程及气候环境的影响机理，同时揭示外部环境改变对光伏电站自身发电效率的影响。本书作者多年来取得的相关研究结果的系统总结，为荒漠区光伏电站的生态恢复提供了理论依据，同时对未来荒漠区光伏电站的选址和建设提供了环境保护方面的参考意见。本书可供从事荒漠化防治、水土保持、林业、生物多样性保护等方面研究的科技工作者，以及从事相关领域工作的人员参考，也可供高等院校相关专业的师生参考。

（本文编辑：刘四旦）

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