光伏電站建設(shè)運行對氣候環(huán)境的能量影響

1、光伏電站建設(shè)運行對氣候環(huán)境的能量影響摘要：清潔能源的快速發(fā)展有效降低了人類對傳統(tǒng)化石能源的依賴，并為緩解 全球氣候變暖做出顯著貢獻(xiàn)。隨著各地光伏裝機規(guī)模的不斷擴大，光伏電站這一 人工設(shè)施對氣候環(huán)境的影響日益引起人們的關(guān)注。對國內(nèi)外大規(guī)模光伏電站氣候 環(huán)境影響相關(guān)工作進(jìn)行總結(jié)，并主要討論了光伏電站相關(guān)能量回收與碳排放的現(xiàn) 狀與發(fā)展趨勢、光伏電站近地輻射效應(yīng)及熱效應(yīng)、局部氣候效應(yīng)及整體氣候效應(yīng) 研究的相關(guān)問題。關(guān)鍵詞：光伏電站；氣候影響；生態(tài)環(huán)境引言太陽能是清潔的、可再生的能源。利用光伏電池將光能直接轉(zhuǎn)化為電能的光 伏發(fā)電，具有不需要燃料、環(huán)境友好、無轉(zhuǎn)動部件、維護(hù)簡單、由模塊組成、功 率可大可小

2、等突出優(yōu)點。因此太陽能光伏發(fā)電作為重要的可再生能源形式，在發(fā) 電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。我國可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃中提出到2020年光伏發(fā) 電將達(dá)到180萬千瓦的裝機目標(biāo)，并在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本）中將 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)集成技術(shù)開發(fā)應(yīng)用劃分為鼓勵類。隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的支持， 中國光伏產(chǎn)業(yè)在國家大型工程、推廣計劃和國際合作項目的推動下，以前所未有 的速度迅猛發(fā)展。光伏發(fā)電裝機容量在可再生能源領(lǐng)域內(nèi)僅次于水電和風(fēng)力發(fā)電， 對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)起到了非常重要的作用。1光伏電站對氣候環(huán)境影響方式分類光伏電站對氣候影響方式是多樣的。光伏電站生命周期的不同階段對氣候環(huán) 境的影響方式不同。從光伏電站的基礎(chǔ)

3、建設(shè)到前期準(zhǔn)備與建設(shè)過程中，光伏組件 的制備是整個制造環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，也是高耗能與高污染部分。光伏組件的制備過程 中，需要使用大量的化學(xué)工藝，光伏電站建設(shè)過程中其他配套設(shè)備的制造、基礎(chǔ) 設(shè)置建設(shè)、施工設(shè)備的使用等，這類影響與其他工業(yè)過程對能耗需求與對環(huán)境影 響類似。大規(guī)模光伏電站的運行過程中，通過光伏效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電。到達(dá)光伏組件 表面的太陽輻射，一部分參與到光伏效應(yīng)中，一部分被光伏組件本身吸收為內(nèi)能， 剩下一部分被反射至大氣中。同時，光伏組件的存在阻礙了大地向上的長波輻射 及大氣向下長波輻射的路徑。這一階段的光伏電站基本不會對環(huán)境造成污染影響， 但是改變了地表原有的能量平衡方式，大規(guī)模、大面積的光伏

4、電站對局部氣候及 全球氣候可能會造成一定的影響。光伏電站對氣候環(huán)境的影響方式主要分為建設(shè) 前與建設(shè)后。光伏電站建設(shè)前，其對環(huán)境的影響與其他工業(yè)制造過程類似；光伏 電站建成投產(chǎn)后通過吸收輻射能量進(jìn)行發(fā)電，這一過程改變了地表原有的輻射系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)，改變地表能量流動方式，借此影響地表其他環(huán)境要素。2光伏電站建設(shè)工業(yè)制造過程中對環(huán)境的影響光伏電站建設(shè)前期的工業(yè)制造過程中，最主要的高耗能部分為光伏組件的制 備。其過程耗能較高、污染相對較重，光伏電站生命周期內(nèi)對環(huán)境的負(fù)面影響程 度最高。光伏電站生命周期中的負(fù)面影響，大都通過光伏組件的制備過程體現(xiàn)。 光伏電站建設(shè)及投產(chǎn)后的工業(yè)過程中，可通過多種方式對地表環(huán)境

5、產(chǎn)生影響。光 伏電站建成后，大面積的光伏組件陣列對地面形成遮蔽，改變了原有的地貌結(jié)構(gòu) 可能會對當(dāng)?shù)刂脖患吧锶郝鋷碛绊?。大?guī)模光伏電站建設(shè)運行過程中對植被 及生物群落的影響問題很難量化分析。并且復(fù)雜的相互影響也為量化分析理論的 建立造成困難。國外對大規(guī)模光伏電站植被影響及生物群落影響環(huán)境問題的關(guān)注 與研究很早就開展。我國目前此方向研究較少。另外，受政策法規(guī)的影響，我國 相關(guān)問題的現(xiàn)狀與國外可能有所差別。我國國家林業(yè)局發(fā)布第50號令，宣布 在國家級自然保護(hù)區(qū)修筑設(shè)置審批管理暫行辦法（以下簡稱辦法）。辦 法第三條明確表示：禁止在國家級自然保護(hù)區(qū)修筑光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、火力 發(fā)電等項目的設(shè)施。3大

6、規(guī)模光伏電站運行產(chǎn)生的光伏熱島效應(yīng)光伏熱島效應(yīng)是目前大規(guī)模光伏電站運行最飽受爭議的負(fù)面影響之一。關(guān) 于光伏電站運行產(chǎn)生熱島效應(yīng)的原因可能有以下幾個方面：（1）光伏組件的安裝遮 擋了部分地面，從而減少土壤表層對熱量的吸收；（2）光伏電池較薄且單位面積的 熱容量較小，由于光伏組件通過上下兩面釋放熱輻射，導(dǎo)致在白天光伏組件溫度 可能比環(huán)境溫度高20C以上；（3）建設(shè)光伏電站的過程中，通常會破壞地表植被， 從而減少因蒸發(fā)而帶來的降溫作用；（4）光伏組件反射和吸收向上長波輻射，阻礙 了土壤在夜間的降溫能力。此外，光伏發(fā)電技術(shù)將部分直接和散射輻射轉(zhuǎn)換為電 量，在這一過程中，過高的環(huán)境溫度會降低轉(zhuǎn)換效率。研

7、究了大規(guī)模光伏電站是 否會通過改變地表反照率而對全球氣候造成負(fù)面影響，結(jié)果表明，對比光伏發(fā)電 而減少的溫室氣體排放，這種影響可忽略不計。大規(guī)模部署光伏電站對全球氣候 變化的影響可能超過其減少的溫室氣體排放，一些次生影響還尚未被發(fā)現(xiàn)，比如 輻射效應(yīng)的影響以及因光伏電站的建設(shè)造成的大氣邊界層表面粗糙度和反照率的 變化等。1.4大規(guī)模光伏電站運行對節(jié)能減排的影響大規(guī)模光伏電站運行帶來的最大好處，莫過于有效減少CO2及其他溫室氣體 排放。溫室氣體的減少有利于緩解全球氣候變暖。Hernandez等37統(tǒng)計出不同傳 統(tǒng)化石能源和新能源在生命周期中排放的CO2當(dāng)量。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的排放 為1445gCO

8、2-eq/（kW?h），聚焦式太陽能發(fā)電（槽型和塔型）的排放為26 38gCO2-eq/（kW?h）。其排放的CO2當(dāng)量均遠(yuǎn)小于煤炭、石油等化石能源，表2列 出了太陽能和傳統(tǒng)化石能源利用在全生命周期中排放的理論CO2當(dāng)量。從土地利 用、人類健康、野生動物及棲息地、地理環(huán)境資源、氣候和溫室氣體排放等方面 考慮，評估光伏電站自建設(shè)到運營過程中產(chǎn)生的32種影響。除本地氣候的影響 以外，光伏陣列會將部分太陽輻射轉(zhuǎn)換為熱能，并改變光伏陣列周圍的空氣流動 和氣溫，這種變化可能會影響該熱環(huán)境范圍內(nèi)人類和其他物種的活動，因此還需 要更進(jìn)一步的研究。結(jié)語目前，國內(nèi)的相關(guān)研究多集中于西部地區(qū)，采用現(xiàn)場觀測的方式對

9、部分氣象 要素的變化進(jìn)行對比，尚未有針對全球氣候和熱島效應(yīng)的深入研究。國外的研究 對象和研究方法相對多樣化，針對光伏電站對局地氣候影響機理方面的研究較多。 綜合以研究，可以總結(jié)出，光伏電站的建立會對局地氣溫、相對濕度、土壤溫度、 風(fēng)嘗蒸發(fā)量等產(chǎn)生一定影響。關(guān)于光伏熱島效應(yīng)對氣候變暖造成的影響，現(xiàn)有 研究的結(jié)論各有不同，尚未有精準(zhǔn)、統(tǒng)一的解釋和論證，但其對全球的增暖效應(yīng) 遠(yuǎn)低于人類排放溫室氣體所造成的增暖效應(yīng)。未來，光伏發(fā)電的裝機規(guī)模還會呈 指數(shù)級增長，光伏電站對氣候的影響還需要更加深入的研究。在后續(xù)的研究中， 還需擴大研究范圍，選取基于不同下墊面的光伏電站為研究對象；加強影響機理 的研究，找準(zhǔn)主要影響因子，建立精確的研究模型；有必要積累大量數(shù)據(jù)，對不 同季節(jié)、白天和夜間分別進(jìn)行分析論證，綜合分析光伏電站對氣候的影響程度及 影響范圍，并探索全球范圍內(nèi)光伏發(fā)電開發(fā)利用的最大限度。最后，大規(guī)模光伏 電站的運行對氣候環(huán)境造成的影響是一個緩慢變化的過程，仍需要長期的觀測和研究。參考文獻(xiàn)舒印彪，張智剛,郭劍波，等