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

關(guān)鍵詞：光伏電站；環(huán)境效應(yīng)；節(jié)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(fā)、利用并推廣高效環(huán)保的綠色可再生能源是當(dāng)務(wù)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(huán)境污染小、發(fā)電規(guī)?？烧{(diào)等突出優(yōu)點。

根據(jù)國家能源局2013年光伏發(fā)電統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2013年底，全國22個主要省（自治區(qū)、直轄市）光伏電站已累計并網(wǎng)741個大型光伏發(fā)電項目，主要分布在我國西北地區(qū)。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(nèi)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(qū)，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(qū)多數(shù)處于中溫帶、暖溫帶干旱和半干旱氣候區(qū)，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(fēng)力侵蝕嚴重，這些地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱。然而大規(guī)模的光伏電站建設(shè)對這些地區(qū)的環(huán)境造成了哪些正面和負面的影響，帶來了那些環(huán)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(guān)決策制定提供必要的理論支持，對環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展做出一定的貢獻。

1 我國太陽能資源開發(fā)潛力及利用現(xiàn)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(dāng)于2.4×104億噸標(biāo)煤。根據(jù)李柯[1]、沈義[2]對中國太陽能資源開發(fā)潛力進行了綜合評價和分析結(jié)果，文章提出了太陽能資源的開發(fā)潛力四類地區(qū)：第一類西北地區(qū)和華北西部，太陽能資源非常豐富最適于大規(guī)模光電開發(fā)；第二類西南西部、華北、華東地區(qū)，太陽能資源比較豐富適于規(guī)?；怆婇_發(fā)；第三類華中、東北、華南地區(qū)，太陽能開發(fā)潛力屬中等，可小規(guī)模季節(jié)性利用；第四類西南東部地區(qū)，區(qū)域的光伏發(fā)電綜合潛力價值較小。

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

國務(wù)院及各部門密集出臺了一系列扶持國內(nèi)太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，極大地促進了我國太陽能發(fā)電發(fā)展。從裝機容量來看，光伏發(fā)電在可再生能源領(lǐng)域內(nèi)僅次于水電和風(fēng)力發(fā)電。中國電力企業(yè)聯(lián)合會2014年公布的數(shù)據(jù)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(wǎng)太陽能發(fā)電新增裝機同比增長近十倍[1]。根據(jù)中電聯(lián)發(fā)布電力工業(yè)運行簡況[2]來看，截至2014年底并網(wǎng)太陽能發(fā)電2652萬千瓦，并網(wǎng)太陽能發(fā)電量為231億千瓦時，同比增長171%，占全國發(fā)電量的比重比上年提高0.3%。根據(jù)我國《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年的光伏系統(tǒng)累計裝機容量將達到180萬kWp[3]。

2007年國家發(fā)展改革委員會發(fā)布了《國家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于開展大型并網(wǎng)光伏示范電站建設(shè)有關(guān)要求的通知》（發(fā)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(fā)展大型并網(wǎng)光伏示范電站的要求。因此無論從太陽能開發(fā)潛力，政策導(dǎo)向還是太陽能利用現(xiàn)狀分析來看，今后很長一段時間內(nèi)，在西北地區(qū)等環(huán)境脆弱地區(qū)大規(guī)模開展光伏電站的建設(shè)是必然的結(jié)果。

2 光伏電站建設(shè)對環(huán)境的正效應(yīng)分析

2.1 有利于區(qū)域小氣候的調(diào)節(jié)改善

對戈壁地區(qū)光伏電站的環(huán)境效益研究表明[6]，光伏電站的建成在一定程度上調(diào)節(jié)了區(qū)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(dǎo)致土壤水分的蒸發(fā)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(tài)脆弱地區(qū)植被建設(shè)

在陽光輻射較強的生態(tài)脆弱地區(qū)建設(shè)光伏電站可明顯改善建設(shè)區(qū)的生態(tài)環(huán)境，與光伏電站建設(shè)相同步的建設(shè)區(qū)綠化帶能夠防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水分，有效降低生態(tài)脆弱區(qū)的水土流失；光伏板的設(shè)置能夠提高區(qū)域植被存活率及生長速率；干旱地區(qū)光伏板定期沖洗為植被生長提供了充足的水分，經(jīng)驗表明光伏電站的建設(shè)能夠顯著提高建設(shè)區(qū)的植被覆蓋率，對生態(tài)脆弱區(qū)綠化起到良性改善作用。

電池板還能夠起到較好的阻風(fēng)、固沙作用。對酒泉市東洞灘光伏電站的研究發(fā)現(xiàn)[6]，荒漠地區(qū)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(fēng)速降低，輸沙率也隨之降低，從而達到阻風(fēng)、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(fēng)速。我國西北廣袤的戈壁荒漠區(qū)建立光伏電站能夠?qū)Ξ?dāng)?shù)丨h(huán)境的治理起到積極推動作用。

2.3 真正實現(xiàn)節(jié)能減排，減輕重金屬污染

與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相比，太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用清潔、可再生能源，是一項環(huán)境友好型發(fā)電技術(shù)。通過伏打效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，轉(zhuǎn)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(chǎn)原則，真正實現(xiàn)了節(jié)能減排。與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比，光伏發(fā)電每產(chǎn)生1kW·h的電，就相應(yīng)節(jié)約了0.335kg標(biāo)準(zhǔn)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(fā)電項目為例，以年有效利用小時數(shù)等于1475小時計算，每年光伏電站發(fā)電14750MW·h，將節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤5024噸，減排溫室氣體15768噸。光伏發(fā)電除了能減排氮氧化物等污染物之外，也相應(yīng)減少煤炭開采的生態(tài)破壞，還可節(jié)約大量生產(chǎn)用水，減少了環(huán)境污染治理費用。

中國火力發(fā)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(tài)散布在大氣中，不僅危害大，而且治理難度更大。就太陽能轉(zhuǎn)換成電能這一過程而言，光伏發(fā)電的過程中沒有重金屬的排放，相當(dāng)于減少了重金屬的污染，屬于環(huán)境友好型能源。

2.4 復(fù)合型光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的環(huán)境效益

將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)相結(jié)合的光伏發(fā)電技術(shù)是在原始光伏電站基礎(chǔ)上發(fā)展起來的兼具科學(xué)性、經(jīng)濟性與環(huán)保性的新型光伏發(fā)電技術(shù)。這種技術(shù)實現(xiàn)了充分利用光伏項目場地土地資源進行農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖業(yè)開發(fā)，從而提高了土地利用率、取得了很好的生態(tài)、經(jīng)濟效益。

農(nóng)業(yè)光伏電站將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植與光伏發(fā)電相結(jié)合，提高光伏發(fā)電項目土地的綜合利用率，實現(xiàn)陽光、土地資源的立體高效利用。目前光伏農(nóng)業(yè)主要應(yīng)用模式是通過在農(nóng)業(yè)大棚上架設(shè)不同透光率的太陽能電池板或者光伏薄膜來實現(xiàn)，利用太陽能板遮光吸熱特性，替代大棚建筑材料。據(jù)統(tǒng)計[9]，到2014年3月，我國光伏蔬菜大棚、“漁光互補”水產(chǎn)養(yǎng)殖、光伏畜禽養(yǎng)殖大棚項目已經(jīng)達到400多個。光伏農(nóng)業(yè)把農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)結(jié)合起來，增加了農(nóng)民收入，實現(xiàn)了低碳經(jīng)濟、節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)。

新型光伏電站的環(huán)境效益還體現(xiàn)在在實現(xiàn)發(fā)電、農(nóng)牧業(yè)增值的同時能實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與保護，如光伏沙漠生態(tài)電站[10]。沙漠生態(tài)光伏電站注重沙漠生態(tài)治理和光伏發(fā)電同步發(fā)展，在電站周圍種植防護林體系，光伏板下安裝滴灌設(shè)施，種植牧草，使農(nóng)牧業(yè)增收、土地增值、土地荒漠化得到控制。

3 光伏電站建設(shè)對環(huán)境的負效應(yīng)分析

從宏觀上看，光伏發(fā)電技術(shù)在環(huán)境保護方面具有很大的優(yōu)勢性，但就光伏發(fā)電系統(tǒng)的整個生命周期分析，其對環(huán)境造成的負效應(yīng)也是不可忽視和亟需改進的。

3.1 光伏組件生產(chǎn)使用對環(huán)境的影響

作為太陽能電池板的主要原料，晶體硅的生產(chǎn)因提純工藝的缺陷導(dǎo)致生產(chǎn)過程中大量氯甲烷、氯化氫和四氯化硅等副產(chǎn)物的產(chǎn)生，這些副產(chǎn)物回收成本高，回收技術(shù)不完善。四氯化硅作為一種不穩(wěn)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(dāng)易引起有毒氣體外泄，對外界環(huán)境產(chǎn)生影響。

在使用過程中，多晶硅電池組件的玻璃表面結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生化學(xué)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(chǎn)生光污染。另外主變壓器所產(chǎn)生的廢油若在事故中處理不當(dāng)則很有可能產(chǎn)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(chǎn)生固體廢棄污染。

3.2 光伏電站建站過程對環(huán)境的影響

光伏電站在建站施工期產(chǎn)生的環(huán)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(dāng)造成的二次揚塵，以及光伏支架基礎(chǔ)、逆變器室、集電線路等開挖造成土體和植被的破壞而導(dǎo)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(chǎn)生的噪音污染等。

在光伏電站施工過程中通過合理調(diào)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(fù)；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(tǒng)的合理設(shè)計能夠減少施工人員生活污水的排放。

4 結(jié)束語

光伏發(fā)電技術(shù)的大力發(fā)展在能源短缺的環(huán)境下是必然的，是一種環(huán)境友好型發(fā)電技術(shù)，符合節(jié)能減排的環(huán)保需求。光伏電站選址大多在生態(tài)環(huán)境較為脆弱的荒地，其建設(shè)可有效調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候，提高建設(shè)區(qū)的植被覆蓋率并且具有防風(fēng)固沙效果，對于生態(tài)脆弱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境能夠起到一定改善作用，還能夠真正實現(xiàn)節(jié)能減排和減少重金屬污染；創(chuàng)新型光伏電站的建設(shè)更加在發(fā)電基礎(chǔ)上充分利用土地資源，實現(xiàn)了農(nóng)牧業(yè)、生態(tài)環(huán)境的共贏發(fā)展，具有較好的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。

光伏電站建設(shè)對環(huán)境產(chǎn)生的負效應(yīng)主要因為技術(shù)方面的不成熟及監(jiān)管不到位、防護措施布置不合理產(chǎn)生的。在光伏發(fā)電系統(tǒng)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(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，副產(chǎn)物不能完全回收從而造成有毒有害物質(zhì)的排放，應(yīng)大力支持電池原料生產(chǎn)工藝與副產(chǎn)物回收環(huán)保技術(shù)的研發(fā)。環(huán)保部門要嚴格按照相關(guān)物質(zhì)回收利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對多晶硅提純生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣回收執(zhí)行嚴格執(zhí)法監(jiān)管，確保企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)得到有效回收和處理。另外，光伏電站建設(shè)過程中監(jiān)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(shè)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(shè)對環(huán)境的負效應(yīng)。

但無論從能源的可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)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(fā)展中最有潛力的資源，伴隨著技術(shù)水平的提升，在今后發(fā)展中，其在可再生能源結(jié)構(gòu)及我國整個能源結(jié)構(gòu)中的地位將日益凸顯。

參考文獻

[1]中電聯(lián)規(guī)劃與統(tǒng)計信息部.2014年度全國電力供需形勢分析預(yù)測報告[EB/OL].http：//www.cec.org.cn/guihuayutongji/gongxufenxi/dianligo

ngxufenxi/2014-02-25/117272.html；2014.2.25.

[2]中電聯(lián)規(guī)劃與統(tǒng)計信息部.2014年電力工業(yè)運行簡況[EB/OL].http：//www.sxcoal.com/，2015.

[3]可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃[Z].2007，9：23-24.

[4]李柯，何凡能.中國陸地太陽能資源開發(fā)潛力區(qū)域分析[J].地理科學(xué)進展2010，9.

[5]沈義.國太陽能的空間分布及地區(qū)開發(fā)利用綜合潛力評價[D].蘭州大學(xué)，2014，5：18-30.

[6]盧霞.荒漠戈壁區(qū)光伏電站建設(shè)的環(huán)境效應(yīng)分析—以酒泉市東洞灘百萬千瓦光伏示范基地為例[D].蘭州大學(xué)，2013.

[7]楊美英.光伏發(fā)電在變電站中的應(yīng)用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2011，21（2）：203-205.

[8]盧靜，王忠柯，葉和清，等.燃煤重金屬污染抑制的研究進展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2002，25（5）：40-42.

[9]阮曉東.光伏農(nóng)業(yè)：綠色新路[J].新經(jīng)濟導(dǎo)刊，2014，3：30-33.

[10]張宇.振發(fā)新能源：十年追日鑄輝煌[N].中國能源導(dǎo)報，2013-07-12.

作者簡介：趙名彥（1982-），女，漢族，內(nèi)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。