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光伏电站对生态环境的影响控制研究

2022-08-08林沛圳

中国资源综合利用 2022年7期
关键词:电池板电站植被

林沛圳

(广州珠江水资源保护科技发展有限公司,广州 510610)

太阳能作为清洁、可再生资源,利用光伏电池可直接将光能变为电能进行发电,无须燃料,绿色环保。但是,光伏电站占地面积较大,在施工和运营中难免对局部生态环境产生不同程度的影响,主要体现在土壤、植被和气候等方面。因此,有必要开展光伏电站项目环境影响评价,从设计、施工和运营三个角度出发,采取科学措施,使生态环境影响降到最低,切实保护生态环境。

1 我国光伏产业发展现状

近年来,随着我国光伏产业的飞速发展,下游产业链日益完善,生产能力逐渐提高。2015年,我国光伏发电新增装机容量为1 528万kW,突破历史记录,其连续三年超过1 000万kW。截至2020年底,全国发电装机容量为220 058万kW,并网太阳能发电装机容量为25 343万kW,相比2019年末增长24.1%,国内光伏产业仍在持续发展之中。现阶段,国内光伏发电主要用于偏远地区农村通信、工业生产、光伏商品制造(草坪灯、太阳能路灯、景观照明灯等)等方面,因成本相对较高,并网光伏发电仍处于示范阶段。目前,国内光伏产业发展仍未脱离对政府补贴的依赖,但整体行业前景光明,主要表现为行业利润提升、发电成本降低、新能源政策持续推出等,使国内光伏发电装机容量急速提升。光伏发电的环境效益众所周知,本身不会释放有毒有害空气,也不会污染空气和水源,对人体健康没有威胁,但是光伏电站施工和运营对局部地区生态环境的影响也不容忽视,尤其是土壤、植被和气候等方面。

2 光伏电站对生态环境的影响

2.1 土壤

光伏电站支架布设对区域土壤环境产生较大影响,主要体现在土壤理化性质、抗蚀性、温度等方面。一是理化性质。电站施工需要机械碾压、土壤翻整等操作,在人为因素影响下,土壤内动植物栖息环境受损,生物多样性减少,植被群落数量、分布以及构成等均发生变化,进而影响土壤理化性质。电站施工不仅会导致土壤容重与非毛管孔隙度降低,还会造成土壤中全氮、有机质、速效磷含量等下降。电站投入运营后,与周围未受扰动的土壤环境相比,遮阴位置土壤容重增加,未遮阴处的容重降低。在电站区域内,未遮阴处土壤的含水量、pH、电导率等较高。究其原因,可能受太阳能电池板遮挡的影响,地表水分蒸发减少,不利于水分通道形成。二是抗蚀性。主要表现为光伏电站地基开挖、场地平整、道路修建等方面,电站施工需要砍伐许多影响交通、信号传输的植被,致使地表裸露,增加松散土方石量,从而加剧土壤侵蚀。电站施工还会破坏地表结皮,导致地表扬尘、水土流失、沙尘暴等现象。三是温度。研究发现,10 cm浅层土壤中,光伏电站内土壤温度日较差低于站外,但光伏电站内土壤温度年较差均超过站外。

2.2 植物

太阳能电池板会遮挡阳光,受电池板影响,板下温度逐渐降低,不利于植物光合作用,植物生长速度放缓。另外,电池板还会阻挡风。光伏电站多建设在地域广阔的荒漠地区,可增加地表粗糙度,降低风速和水分蒸发量,促进地面植物生长、防风固沙。电池板使草本植物的分布规律、种类均受到影响,植被多样性逐渐降低。在风长期影响下,部分植物叶表皮薄层逐渐被剥削,羟化酶含量受到较大影响,不利于光合作用,尤其是强风状态,植物周围相对温湿度同样会受到不良影响。光伏阵列的创建使电站风速得到控制,促进空气湿度提升,使植物生长和防风固沙形成良性循环。

2.3 区域气候

2.3.1 地表太阳辐射

通过光伏阵列,一些太阳能变为电能,其可以改善局部区域的地表能量配置,进而影响太阳辐射与气候形成。光伏电站建成后,大面积电池板覆盖在地面,使原有地表形态发生变化,促进太阳能向电能转变,进而影响地表辐射的均衡性。

2.3.2 空气温度与湿度

空气温度和湿度是特定区域气候的关键评价指标。夏季,光伏电站可发挥增温降湿的效能。光伏电站内外温度、湿度有所差异,主要受电池板发热作用的影响。不同季节,电池板光电转换效率不同。四季中,白天站内10 m高度的气温低于站外,晚秋和冬季最为明显。在夜晚,站内2 m高的位置温度均高于站外,主要原因是光伏阵列可发挥保温隔热的效能,缩小站内昼夜温差。

2.3.3 大气热力平衡

大气热力失衡很容易产生气压梯度,梯度越大,风速越大,大风吹过干燥沙面时会产生扬尘,严重时甚至诱发沙尘暴。光伏电站施工可使沙漠地区的沙尘暴动力源得到抑制,降低极端天气发生率。同时,电池板支架的搭建还可调节气流方向,控制风速,实现大气热力平衡,发挥抑制风沙的功效。

3 案例分析

河西走廊拥有丰富的太阳能资源,金昌、酒泉、嘉峪关等城市已建设多个光伏产业园区,装机容量不断增加。该区域气候干燥,降雨量小,地表径流少,地表受流水冲刷较弱,但大风天气较多,形成多种风蚀地貌,不利于植物生长。因光伏电站建设仍处于起步阶段,各地需要在实践中不断摸索,明确电站施工和运营对当地生态环境的影响,并对症下药,从动态平衡视角出发采取控制措施,切实保护当地生态环境。光伏电站建设和运营涉及内容众多,土建工程、电缆敷设、机电安装调试等很容易影响周围生态环境。

一是场地平整、土方开挖使地表植被受到破坏。在地基开挖中,土壤环境受到扰动,破坏了多年形成的地表结皮,地表影响电站施工的植物也会被砍伐,势必造成水土流失。此外,土方随意堆放很容易产生扬尘,混凝土搅拌、砂浆拌和时很容易导致水泥粉尘散发,造成现场环境内颗粒物浓度增加,特别是河西走廊干旱少雨、风沙较多,地表植被稀少,施工浮沙很容易扬起,对施工现场环境和周围环境均会产生负面影响。二是施工废水和生活污水影响环境。施工废水多源于混凝土搅拌、养护等,生活污水产生于施工人员的洗脸、做饭等活动。若废水未能妥善处理,直接排放到周围环境中,便会影响生态环境。三是施工噪声污染。电站施工期间,噪声多源于推土机、挖掘机、装载机和振捣器等,噪声声级介于79~95 dB(A);电站运营期间,噪声多源于变压器、配电装置等。电站所用的变压器电压通常较高,容量较大,若未能合理安排工作时间,做好检修维护,很容易产生巨大的噪声。四是运营期间光污染。电站施工多采用多晶硅材料,表面为玻璃结构,透光率超过95%,其与阳光接触后会发生散射。运营期间,若未能合理调整电池板角度,改变阳光反射角,便很容易产生光污染。

针对光伏电站对当地植被等带来的损害,经过长期调查,河西走廊可从设计、施工和运营三个角度入手,采取有效的控制措施。

3.1 设计阶段

设计阶段,要做好光伏电站选址。应综合考虑当地土壤环境、植被覆盖率和水文地质情况,结合光伏组件形式、关键技术参数和阵列布设,制定科学的施工方案,并结合整体工程设计,对水土保持进行专项设计,列出多种光伏阵列布设方案进行比选。同时,要合理安排施工流程,明确工程内容。设计要点有4项。一是厂址选择绕开生态环境脆弱、水土流失严重的区域;二是在地质优良的区域设置电池板支架,采用螺旋管桩基础;三是安装对地面扰动最小的光伏组件;四是合理设计工程占地面积。

3.2 施工阶段

为了防止扬尘,光伏电站施工期间应配备洒水降尘设备。为避免运输中产生扬尘,可采用遮盖手段进行预防。针对废水污染,将施工废水和生活污水收集起来,将水沉淀处理过滤杂质,待其澈清后才可排放。生活污水可循环利用,用于植被浇灌、道路洒水降尘等。针对施工噪声问题,应以保障使用功能为基础,尽可能选择容量小、功率低的变压器,使其运行噪声强度低于60 dB(A),并将其安装在变压器室,四周设有围墙,噪声源在室内传播中受围墙阻隔,衰减10~15 dB(A),降低对室外环境的影响。

3.3 运营阶段

光伏电站投入运营后,应重视水土保持工程设施的管理与维护,派遣专业人员定期巡检,及时更换受损部件,排查并处理潜在安全隐患,严格控制对已形成的地表结皮的二次扰动。电站建成后,可在站内路边、电池组件下方等区域种植低矮型耐旱植物,防风固沙,预防水土流失,美化站内环境,减轻电站对环境的干扰。电站运营阶段存在光污染问题,应合理调整电池板角度和阳光反射角,加强心得交流,总结经验,使电站运营效果显著提升,生态保护更加到位。

4 结语

当前,我国经济稳步发展,能源需求逐渐提升,环境污染风险增加。太阳能作为清洁能源,可通过电池板转变为电能进行开发利用,与环保要求相符合。但是,光伏电站占地面积较广,施工和运营会对区域生态环境产生一定影响,应从设计、施工和运营角度入手,采取有效的控制措施,以免影响土壤、植被和区域气候。光伏电站要合理选址,加强运维管理,有效预防水土流失,维护区域生物多样性,将对生态环境的影响降到最低,真正实现人与自然和谐发展。

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