沙漠、戈壁光伏产业防沙治沙的生态效应

Desert, gobi with rich solar energy, and in recent years, a large area of photovoltaic power plants have been built in the desert and gobi area of Hexi corridor, which changes thermal balance of underlying surface. An important function of biological desert control, that is to control desert with sand-fixation plants, is that plants can absorb and consume part of the solar radiation through photosynthesis and transpiration, which can adjust near-surface heat balance in the desert area. The photovoltaic industry in desert and gobi areas can also convert solar radiation and adjust thermodynamic equilibrium. Is there any ecological significance of photovoltaic industry to desertification combating and sandstorm prevention? If yes, what is it? Through the use of solar energy conversion data and thermodynamic equilibrium date about photovoltaic power plants in the desert and gobi area of Hexi corridor, and the comparison of sand surface heat balance adjustment of local plant communities, this project will reveal the ecological effects of photovoltaic industry to desertification combating and sandstorm prevention from the following three areas : 1) The regulatory role of PV industry to adjust thermal imbalance in desert and gobi areas; 2) Effects of the fields of temperature and wind velocity from photovoltaic power plants in the desert and gobi area in Hexi Corridor; 3) Effects of windproof and sand-blocking of photovoltaic power plants with different configurations and the impact on the vegetation in the desert and gobi areas.

沙漠、戈壁具有丰富的太阳能，因而近些年来，河西走廊沙漠、戈壁上建造了大面积的光伏电场，光伏电场改变了下垫面的热力平衡。植物治沙的重要功能之一是植物能够通过光合作用和蒸腾作用吸收和消耗部分太阳辐射，调节沙漠近地面的热力平衡。而光伏产业也能够转换太阳辐射，调节沙漠、戈壁的热力平衡。那么，沙漠、戈壁光伏产业对防沙治沙和防治沙尘暴有无生态学意义，有何生态学意义呢？本课题拟通过运用河西走廊沙漠、戈壁光伏电场的太阳能转换资料及热力平衡资料，与当地植物群落对沙面热力平衡的调节作用比较，从以下3个方面揭示沙漠、戈壁光伏产业对防沙治沙和防治沙尘暴的生态学效应：1）光伏产业对沙漠、戈壁地区热力不平衡的调节作用；2）沙漠戈壁光伏发电场气温场效应和风速场效应；3）沙漠戈壁光伏发电场不同配置方式的挡风阻沙作用及其对植被的影响。

通过研究揭示光伏产业防沙治沙的生态效应，促进沙漠、戈壁地面光伏型产业的规模化发展建设，推进我国北方沙漠化防治进程，实现“生态—经济型”双赢产业。光伏产业作为可再生清洁能源，近些年国内发展十分迅速，仅甘肃河西走廊已建成面积达1.8×104㎞2以上光伏产业园。项目以河西走廊武威、金昌、张掖、酒泉及嘉峪关五地市沙漠、戈壁光伏产业基地为研究对象，开展了地面光伏型产业系统构架沙障作用、集雨遮阴及促进植被生长作用的研究，光伏太阳能利用率相对荒漠植被光能利用率时空变异特征的研究，光伏电站气温场效应和风速场效应及光伏板挡风阻沙风洞模拟等4个主要方面的调查分析研究。结果表明，（1）单位面积光伏系统构架阻固流沙功能相当于5倍以上固沙林面积、8倍以上机械沙障面积；同时，有集雨遮阴、降低蒸发、促进草本植物侵入生长的作用。（2）光伏转换太阳能与植被利用光能在降低环境气温、调节环境生态气候方面具有等价效应，且光伏太阳能利用率在时空上具有明显的高效性和稳定性特征；1 hm2地面光伏型基地年利用太阳能相当于河西走廊沙漠戈壁158.17 hm2天然荒漠植被年光合利用的太阳能；河西五地市光伏太阳能利用率在空间上的变异系数为5.95%，时间上为14.32%，远小于五地市荒漠植被光能利用率空间、时间上的变异系数58.13%和132.24%。（3）光伏产业光电转换与能量传递导致光伏电场及其周围气温降低，进而影响光伏电场及其周围气压、风速和风向。对2 m高气温的影响主要在夏季，对10 m高气温的影响主要在冬季；对上风2 m高气温的影响距离大于300 m，对10 m高气温的影响距离小于300 m。（4）风洞模拟实验证明光伏板对来风的风速流场具有显著影响，在光伏板底部产生狭管效应，光伏板倾角由90°降为37°时，狭管效应导致光伏板底部风蚀槽由深变浅；由37°到0°的过程则为风蚀槽由浅变深。综上，沙漠、戈壁地面光伏型产业的规模化发展，将带来局域生态上的集聚效应，或有效防治和减缓沙尘暴的发生发展。