沙漠光伏的热力平衡效应及其防沙治沙的生态学意义

doi:10.13304/j.nykjdb.2020.0774

摘要/Abstract

摘要：

以甘肃古浪振发光伏电场为例，对比分析了光伏电场内外气温、风速、太阳辐射等的差异及其变化特征。结果表明：①沙漠光伏可大量转化太阳辐射，有效调节沙漠地表热力平衡，消减沙尘暴发生的动力（即地表热力）；②河西走廊沙尘暴主要发生在春季，沙漠光伏对春季10 m高度降温作用较明显；③沙漠光伏主要是通过转换太阳辐射降低沙面气温和自身的沙障作用以及改善植物生长条件3种方式达到防沙治沙和消减沙尘暴的目的。

关键词: 沙漠光伏, 热力平衡, 防沙治沙, 生态学意义, 河西走廊

Abstract:

Taking Gulang Zhenfa photovoltaic field in Gansu Province as an example， this paper compared and analyzed the differences and variation characteristics of air temperature， wind speed and solar radiation inside and outside the photovoltaic power plant. The results showed that： ① desert photovoltaics could transform solar radiation， effectively regulate the thermal balance of desert surface， and reduce the power source （i.e. surface thermal） of sandstorm； ② sandstorm mainly occured in spring in Hexi corridor， so desert photovoltaic could effectively reduce the temperature of 10 m in spring； ③ desert photovoltaic was mainly through the conversion of solar radiation to reduce the temperature of the sand surface and its own sand barrier effect， and to improve plant growth conditions in three ways to prevent and control desertification and reduce dust storms.

Key words: desert photovoltaic, heat balance, prevention of desertification, ecological significance, Hexi Corridor

中图分类号:

S288

姚泽, 刘世增, 詹科杰, 王祺, 王飞, 刘淑娟, 王芳琳, 孙涛, 常兆丰. 沙漠光伏的热力平衡效应及其防沙治沙的生态学意义[J]. 中国农业科技导报, 2022, 24(1): 98-105.

Ze YAO, Shizeng LIU, Kejie ZHAN, Qi WANG, Fei WANG, Shujuan LIU, Fanglin WANG, Tao SUN, Zhaofeng CHANG. Heat Balance Effect and Its Ecological Significance for Desert Control of Photovoltaic in Desert[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2022, 24(1): 98-105.

图/表 6

图1 古浪振发光伏电场位置

Fig.1 Location of Gulang Zhenfa photovoltaic electric field

图2 光伏发电量

Fig.2 Photovoltaic power generation

图3 2 m和10 m高度的气温

Fig.3 Temperature at 2 m and 10 m height

图4 2 m和10 m高度的风速

Fig.4 Wind speed at 2 m and 10 m height

图5 2 m和10 m高度的太阳辐射

Fig.5 Solar radiation at 2 m and 10 m height

表1 以发电量和不同降温幅度折算的日降温空气体积

Table 1 Daily cooling air volume converted by electricity generated and different cooling amplitude

日平均降温Daily reduced temperature/℃	日降温空气体积Daily cooling air volume/km³												平均Mean /km³
日平均降温Daily reduced temperature/℃	2018/05	2018/06	2018/07	2018/08	2018/09	2018/10	2018/11	2018/12	2019/01	2019/02	2019/03	2019/04	平均Mean /km³
0.2	6.24	6.03	6.71	6.03	4.59	6.05	5.88	4.64	5.65	4.80	6.58	7.29	5.87
0.3	4.16	4.02	4.48	4.02	3.06	4.03	3.92	3.09	3.77	3.20	4.39	4.86	3.92
0.4	3.12	3.01	3.36	3.02	2.30	3.02	2.94	2.32	2.83	2.40	3.29	3.65	2.94
0.5	2.50	2.41	2.69	2.41	1.84	2.42	2.35	1.85	2.26	1.92	2.63	2.92	2.35
1.0	1.25	1.21	1.34	1.21	0.92	1.21	1.18	0.93	1.13	0.96	1.32	1.46	1.17

参考文献 26

1	岳高伟，蔺海晓，常旭.沙尘暴科学问题研究［M］.济南：山东人民出版社，2009.
2	常兆丰.甘肃河西60年防沙治沙的问题与出路［J］.干旱区资源与环境，2019，33（9）：152-159.
	CHANG Z F. Problems and solutions to desertification combating in the Hexi， Gansu for 60 years ［J］. J. Arid Land Resour. Environ.， 2019，33（9）：152-159.
3	CHANG Z F， LIU S Z， ZHU S J， et al.. Ecological functions of PV power plants in the desert and Gobi ［J］. J. Resour. Ecol.， 2016，7（2）： 130-136.
4	王小娟.2016上半年13省/地区光伏发电量217.19亿kWh 新疆甘肃弃光最严重［EB/OL］. （2016-09-17）［2020-09-01］. .
5	李琛奇，牛炜，刘齐.甘肃光伏发电出力628.84万千瓦再创历史新高［EB/OL］. （2020-03-12）［2020-09-01］. .
6	李耀辉，沈洁，赵建华，等.地形对民勤沙尘暴发生发展影响的模拟研究——以一次特强沙尘暴为例［J］.中国沙漠，2014，34（3）：849-860.
	LI Y H， SHEN J， ZHAO J H， et al.. Simulation of terrain effect to the development of sandstorm in Minqin—take a heavy sandstorm for example ［J］. J. Desert Res.， 2014，34（3）： 849-860.
7	殷代英，屈建军，俎瑞平，等.不同扰动方式对沙砾质戈壁地表风蚀量的影响［J］.中国沙漠，2014，34（1）： 1-8.
	YIN D Y， QU J J， ZU R P， et al.. Impact of disturbing modes on amount of wind erosion of sandy Gobi ［J］. J. Desert Res.， 2014，34（1）： 1-8.
8	程鹏，王宝鉴，孔祥伟，等.河西走廊一次强沙尘暴天气的螺旋度诊断［J］.干旱气象， 2013，31（1）：144-149.
	CHENG P， WANG B J， KONG X W， et al.. Diagnostic Analysis of the helicity during a heavy dust storm weather process in Hexi Corridor ［J］. J. Arid Meteorol.， 2013，31（1）：144-149.
9	赵庆云，张武，吕萍，等.河西走廊“2010.4.24”特强沙尘暴特征分析［J］.高原气象，2012，31（3）：688-696.
10	缑倩倩，韩致文，杜鹤强，等.中国沙尘暴源区及其治理研究述评［J］.中国沙漠，2012，32（6）：1559-1564.
	GOU Q Q， HAN Z W， DU H Q， et al.. Review on sandstorm sources and Its control Measures in China ［J］. J. Desert Res.， 2012，32（6）：1559-1564.
11	姜学恭，李彰俊，程丛兰，等.地面加热对沙尘暴数值模拟结果的影响研究［J］.中国沙漠，2010，30（1）：182-192.
	JIANG X G， LI Z J， CHENG C L， et al.. Effects of surface heating flux on the numerical simulation results of dust storm ［J］. J. Desert Res.， 2010，30（1）：182-192.
12	袁小康，谷晓平，王济.中国太阳能资源评估研究进展［J］.贵州气象，2011，35（5）：1-4.
13	周扬，吴文祥，胡莹，等.西北地区太阳能资源空间分布特征及资源潜力评估［J］.自然资源学报，2010，25（10）：1738-1749.
	ZHOU Y， WU W X， HU Y， et al.. The temporalspatial distribution and evaluation of potential solar energy resources in northwest China ［J］. J. Nat. Resour.， 2010，25（10）：1738-1749.
14	钱莉，刘明春，杨永龙，等.1960年至2009年河西走廊东部太阳辐射变化规律及太阳能资源利用分析［J］.资源科学，2011，33（5）：823-828.
	QIAN L， LIU M C， YANG Y L， et al.. Characteristics of change in solar radiation and solar energy resources use over the eastern Hexi Corridor ［J］. Resour. Sci.， 2011，33（5）：823-828.
15	李晓刚，冯绍瑞.中国光伏产业发展的技术经济分析［J］.工业技术经济，2007，26（7）： 120-123.
16	夏爱民，李华，马胜红.2012年光伏产业将进入脱乳期—全球光伏产业发展趋势展望［J］.阳光能源，2008（4）： 45-48.
17	杨丽薇，高晓清，吕芳，等.光伏电站对格尔木荒漠地区太阳辐射场的影响研究［J］.太阳能学报， 2015， 36（9）：2160-2166.
	YANG L W， GAO X Q， LYU F， et al.. Study on the impact of large solar farm on radiation field in desert areas of golmud ［J］. Acta Energiae Solaris Sin.， 2015， 36（9）：2160-2166.
18	高晓清，杨丽薇，吕芳，等.光伏电站对格尔木荒漠地区土壤温度的影响研究［J］.太阳能学报，2016，37（6）：1439-1445.
	GAO X Q， YANG L W， LYU F， et al.. Effect of PV farm on soil temperature in Golmud drsert area ［J］. Acta Energiae Solaris Sin.， 2016， 37（6）：1439-1445.
19	赵鹏宇，高永，陈曦，等.沙漠光伏电站对空气温湿度影响研究［J］.西部资源，2016（3）：125-128.
20	李芬，杨勇，赵晋斌，等.光伏电站建设运行对气候环境的能量影响［J］.气象科技进展， 2019，9（2）：71-77.
21	崔杨，陈正洪.光伏电站对局地气候的影响研究进展［J］.气候变化研究进展，2018，14（6）：51-59.
	CUI Y， CHEN Z H. Research progresses of the impacts of photovoltaic power plants on local climate ［J］. Climate Change Res.， 2018，14（6）： 593-601.
22	程蓓.发展太阳能行业促进低碳经济［J］.能源与环境，2010（5）：26-28.
23	刘长春.光伏电厂防风固沙绿化设计方案［J］.现代农业科技，2012（18）：191-192.
24	常兆丰，韩福贵，仲生年.沙尘暴发生日数与空气湿度和植物物候的关系——以民勤荒漠区为例［J］.生态学报， 2012，32（5）：1378-1386.
	CHANG Z F， HAN F G， ZHONG S N. Relationship between frequency of sandstorms and air humidity as well as plant phenology： a case study from the Minqin desert area ［J］. Acta Ecol. Sin.， 2012，32（5）：1378-1386.
25	刘世增，常兆丰，朱淑娟，等.沙漠戈壁光伏电厂的生态学意义［J］.生态经济，2016，32（2）：177-181.
	LIU S Z， CHANG Z F， ZHU S J， et al.. Ecological significance of photovoltaic power plants the desert and Gobi ［J］. Ecol. Econ.， 2016，32（2）： 177-181.
26	常兆丰，刘世增，王祺，等.沙漠、戈壁光伏产业防沙治沙的生态功能——以甘肃河西走廊为例［J］.生态经济，2018，34（8）：199-202.
	CHANG Z F， LIU S Z， WANG Q， et al.. Ecological function of PV industry for sand control in desert and Gobi： a case study of Hexi Corridor， Gansu ［J］. Ecol. Econ.， 2018，34（8）： 199-202.

[1]	刘洪润1,高雪纯1,彭艳新1,赵阳佳1,李润枝1,宋振伟2. 近55年来河西走廊农业水热资源变化特征与趋势[J]. 中国农业科技导报, 2018, 20(1): 85-94.
[2]	邓楠. 关于防沙治沙科技工作的方向与重点[J]. , 2000, 2(4): 3-6.
[3]	卢琦. 走出治沙“误区”振兴沙区产业[J]. , 2000, 2(4): 7-16.