（1.国家电网江苏淮安供电公司 223002；2. 江苏省辐射环境保护咨询中心 210019)
摘要：“渔光互补”型光伏电站作为一种新能源装置，上方利用光伏电池发电，下方空间可开展鱼虾养殖，是我国水网较多地区优化资源利用率、提高环境质量和减少电网压力的应用典范。从环保和成本分析，“渔光互补”型光伏电站与传统能源火力发电站、新能源风力发电站会产生不同的环境经济效应。对比于火力发电站“渔光互补”型光伏电站成本较高，但对环境污染小；对比于风力发电站两者均为新能源，而“渔光互补”型光伏电站能实现“一地两用”，对当地资源的利用更充分。
关键词：生态环境；新能源；光伏；渔光互补
0 引言
光伏电站是一种将太阳光辐射能量直接转换成电能的发电装置，主要建在陆地依靠太阳能电池通过光伏效应进行发电，有独立运行并网运行两种方式[1]。具有安全可靠、无污染，无需消耗燃料，方便与建筑物相结合等特点。光伏电站的基本结构主要由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器、负载等几部分组成，太阳能电池阵列是光伏发电系统的核心[2]。“渔光互补”型光伏电站则建立在水面上，上方安装太阳能光伏电池发电，下方空间进行鱼虾养殖[3]。尽管在前期光伏电池的生产阶段，由于使用的材料具有一定的毒性，对环境造成了一些伤害，但在运行期间，“渔光互补”型光伏电站实现了“一地多用”和清洁环保，没有对生态环境造成较大的污染和负担。为了大力发展电力和环保事业，苏北地区近年来新建了多个“渔光互补”型光伏电站。本文以淮安市金湖县“渔光互补”型光伏电站项目为例，比较了该类型电站与火力发电及风力发电对生态环境的不同影响，为江苏地区电力和环保事业的发展提供经验和参考。
1 我国光伏产业现状及对环境产生的影响
光伏电站利用太阳电池的光生伏打效应进行能量转换，能量来源为太阳能，据估计，我国陆地每年大概接受的太阳能福射能理论估算值为1.4x108亿kW h，约合4.7万亿吨标准煤，因此光伏电站近年来发展迅猛。截至2015年底，我国光伏发电累计装机容量4318万千瓦，成为全球光伏发电装机容量最大的国家。2015年新增装机容量1513万千瓦，占全球新增装机的四分之一以上，占我国光伏电池组件年产量的三分之一，为我国光伏制造业提供了有效的市场支撑[4]。江苏省总装机容量在中东部地区中最高，达到了422万千瓦，江苏省也以165万千瓦的新增装机荣列位于全国第三位。
我国光伏产业发展迅猛，大量光伏电站的兴建为我国的环境保护做出了积极的贡献，而在太阳能电池的生产阶段则对环境产生了一些负面影响。现阶段主要使用晶体硅太阳电池，硅材料的能量转换率不高，成本偏高，但由于硅的制作工艺成熟，制成的产品稳定性较好且对环境污染少，是太阳电池常用的半导体材料。传统的晶体硅太阳电池制造程序有七个步骤，分别为西门子法还原多晶硅，重熔重铸多晶硅，多晶硅切片，多晶硅表面处理，扩散法制p-n结，制备减反射膜，制备上下多晶硅表面电极[5]。在多晶硅表面处理中会使用大量的酸和碱，处理不当则会对环境造成较大伤害，在重熔重铸、切片及制p-n结等的过程则需要消耗大量的能量，增加其生产过程中的碳排放量。材料的使用和选择反映出光伏产业急需提高能量转换率和降低造价成本。
光伏电站建立期间，会占用较大的土地面积。 1 kW光伏电站理论所需占地面积为10 m2[6]。淮安金湖地区正辉太阳能电力有限公司100MW光伏发电项目属于“渔光互补”型光伏电站，占地2800亩左右，放置角度为29°，1 kW渔光互补光伏电站占地面积约19 m2，包括光伏电池矩阵间隔。光伏电站的建立需要较大的土地资源，若在人口稠密、土地肥沃的江苏平原地区建立大规模的光伏电站，产生清洁能源和保护环境的同时，也造成了一定的资源浪费和经济损失。
运行期间光伏电站不产生二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物等有害物质，对水环境、大气环境及声环境等的负面影响几乎为零。
2 金湖地区“渔光互补”型光伏电站生态环境影响分析
金湖地区位于江苏省中部偏西地区，境内水网密集，盛产龙虾、大闸蟹、荷藕等水生动植物。陆地类型主要为湖积平原，土地肥沃适合农作物生长，其耕地面积达到75万亩，滩涂40万亩[7]。金湖地区环境容量优于国家标准，生态稳定性较好，饮用水源地水质安全，生物多样性指数评价为较丰富，具有苏北地区的生态环境典型性。
“渔光互补”型光伏电站施工期间，会产生粉尘污染、噪声污染、固体废物、永久性占地和水土流失等。由挖填土方、汽车运输、建筑原料堆放和混凝土的混合均会产生粉尘；机器的使用和作业中不可避免会产生噪声；设备的安装及土地的开挖与回填均会产生固体废物；从工程建设开始，施工处土地由农业或荒地变成了工业用地，其土地利用类型被改变；如果施工处遭到多次地表扰动，则会加剧水土资源的破坏从而引发较严重的水土流失。运行期间对生态环境影响的因素较少，会产生少量的电磁污染和光污染。
3 “渔光互补”型光伏电站与火力发电站比较分析
“渔光互补”型光伏电站发电时不会产生对水、大气、土壤等有害的物质，而火力发电站运行时会给当地生态环境带来较大的污染和困扰。2014年我国66%电量来自于原煤发电，可再生能源仅为1.8%。原煤的大量使用不仅会加重环境问题，也会加速不可再生能源的消耗。解决这种局面的根本方法是改变我国现有的能源结构，降低火力发电份额，将化石燃料转变为清洁能源，将不可再生能源转变成为可再生能源，快速大力发展可再生能源。
“渔光互补”型光伏电站作为一种新能源，拥有取之不尽用之不竭的太阳能作为能量来源，在产能过程中没有碳排放也不产生环境污染物质，并且结合当地优势节约了土地，是我国东部水网相对较多地区的一种应用范例。“渔光互补”型光伏电站相对于火力发电站优势主要有两点：提高土地利用率和节能减排。
3.1提高土地利用率，增加土地输出价值
火力发电站一般建立在交通方便或靠近煤矿的地方，根据国土资源部颁布的《电力工程项目建设用地指标》可知，容量为600 MW的火力发电站仅机组厂区单位容量用地为0.44 m2/kW，则占地面积至少为264000 m2，约400亩，若为100 MW装机容量则占地面积更小，火力发电厂的建立直接改变了用地性质，且该处只能用于工业发电，一地两用的可能几乎没有。“渔光互补”型光伏电站占地面积较大，因其利用的土地以滩涂居多，滩涂无耕地价值，人的活动足迹相对较少，对当地的生态、土地利用状况和居民的生活产生的影响较小。“渔光互补”型光伏电站建立之后，项目所在地还能继续进行农业养殖，实现生产清洁能源和农业养殖的有机结合，产生的能源用于缓解当地用电需求。当产生的能源总量高于当地需求时，则上网进入电网系统，将电力输送至用电量大的地区，能够取代部分火力发电量，降低火电发电站对环境的影响。“渔光互补”型光伏电站能将所在区域承包给当地农户进行农业养殖，金湖县振合新能源发电有限公司100MW光伏发电项目以一亩近400元的费用承包给农户，承包所得经济效益降低了光伏电站的运营维护成本，也提高了土地利用效率。
3.2节能减排，改善当地生态环境质量
火力发电产生的大气污染物分别包括 SO2、CO2、NOx、灰尘等气体污染物。火电厂以煤炭作为燃料，而燃煤中含有 As、Cd、Pd、Ni、Hg、Cr 等多种重金属元素，这些重金属元素及形成的化合物会造成生物中毒且对土壤、水、空气等产生污染[8]。
“渔光互补”型光伏电站避免产生了污染物，减少的碳排放量能够增加额外的收入，降低运行成本和社会成本。
4 “渔光互补”型光伏电站与风力发电站生态环境比较分析
“渔光互补”型光伏电站与风力发电同属于新能源，两者节能减排作用明显，对环境的影响较小。太阳光电技术于1977年刚刚进入生产阶段，现在还处于实验性生产水平，风电则于1979年开始进入生产领域，现已进入更高数量级的生产，光伏的成本明显高于风电成本[9]。然而对于金湖地区而言，“渔光互补”型光伏电站更具有优势，分别表现为本土资源利用和噪声影响。
4.1优化本土资源，合理发展新能源
金湖地区的太阳能资源取决于太阳辐射，太阳能资源的丰富度和离太阳距离、晴天、空气清洁度有关。风能资源取决于当地的气压差，气压差越大，空气流动速度快，能量越大。金湖境内无崇山峻岭，地势平坦，约73%的地形为湖积平原、27%为缓坡丘陵，距离海边较远，风能资源并不丰富。若在本区域内建立风能，可能会影响充分发挥风能节能减排、缓解电网压力的目的。
若本地区存在地方适宜建立风电场，利用自然风能结合地理优势产生清洁能源，对当地生态环境同样具有积极效应。与“渔光互补”型光伏电站相比，风电厂投资成本更低，更经济；但由于风机设备较大，运行期间由动态的风机转动发电，如果人接近则可能产生危险，从而利用该处土地进行其他作业的可能性较小。“渔光互补”型光伏电站由于发电方式为静态，运行期间人靠近不会产生伤害。在安全的前提下，利用光伏电站所占地区进行农业养殖和土地多重利用，对于当地而言，建立“渔光互补”型光伏电站比建立风力发电资源利用率更高，更适合金湖地区的发展和规划。
4.2降低噪声影响，保障居民生活环境
运行期间，两者均因逆变器的工作而产生噪声，此部分噪声经测试对周围干扰较小。除此之外，风电场还会因为机械摩擦和桨叶切割空气而产生其他噪声，这对生活的干扰可能较小，但考虑到该地区未来10~20年内居民数量增加和居住区域扩增的问题，有可能会有影响。
5 “渔光互补”型光伏电站与火力发电站、风力发电站比较分析
三者发电站能量来源不同、适应地区和技术发展情况不同，对环境、经济及社会产生了不同的影响。根据江苏省发改委的文件，“渔光互补”型光伏电站、火力发电站、风力发电站2016年每度电的上网电价分别是0.98元、0.351元和0.60元，前者的成本高达0.85元/kW h ，其上网电价高主要依靠国家政策红利。近几年来，光伏电站的上网电价依次递减，国家政策的支持越来越少，若光伏电站的成本未降低，则很难发展成为全国大规模的发电系统，将远不及火力发电和风力发电。火力发电站的成本最低，但考虑其污染较大，加上环境成本后每度电高达0.805元，有学者指出在2020年左右，考虑环境成本下，光伏电站会和火力发电站相持平[10]。最新的实验室太阳电池效率达到34.5%，我国实际生产中太阳电池效率能够达到18%，能量转换率较低。
表1“渔光互补”型光伏电站与火力发电站、风力发电站的对比
Table1 Comparison of "Fisheries Solar Energy Complementary" PV Plants and thermal power stations and wind power stations
此外，“渔光互补”型光伏电站形成的排列矩阵，形成了自然景观，开发“渔光互补”型光伏电站的生态旅游，发展避暑和捕鱼等项目，发挥本土资源优势和本地生态特点，不仅能节约土地，还能增加本地区的宣传和财政收入，也能为人民群众提供好的休闲场所，将对改善区域能源结构、发展经济、保护环境、农民增收等具有十分重要的意义。
6 研究结论
在以金湖为代表的苏北地区，“渔光互补”型光伏电站能够有效利用土地资源和水资源，提高土地利用率，通过清洁途径将太阳能转化成电能，缓解了建设地区的能源缺口和环境压力。然而，与火力发电站及风力发电站相比，成本较高也是“渔光互补”型光伏电站面临的挑战，如何降低成本提高能源转换效率仍是亟待解决的问题。
参考文献 :
[1] 于淑玲. 国电集团公司地面光伏电站发展建议研究[D]. 吉林: 吉林大学, 2014.
[2] 朱林, 吴菲, 李健. 国内外光伏发电站环境影响评价方法简析[J]. 环境科学与管理, 2012, 37(1):173-178.
[3] 陆冉. 渔光互补电站站址选择的要点[J]. 太阳能, 2015, 10: 34-36.
[4] 国家能源局. 2015年光伏发电相关统计数据[EB/OL]. http://www.nea.gov.cn/2016-02/05/c_135076636.htm.
[5] 陈诺夫, 白一鸣. 光伏发电与资源环境[J]. 电力技术, 2010, 19(2): 17-25.
[6] 李钟实. 太阳能光伏发电系统施工设计与维护[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2010: 3-4.
[7] 金湖县政府门户网站. 金湖县情简介[EB/OL]. http://www.jinhu.gov.cn/newsAction.do?method=view&id=4028d09244b7bf990144fd9e6bbf0a76.
[8] 丁晓花, 杨国华, 卫宁波, 等. 宁夏地区光伏发电环境效益分析及建模[J]. 电力科技与环保, 2015, 31(4): 9-12.
[9] 牛衍亮, 黄如宝, 常惠斌. 基于学习曲线的能源技术成本变化[J]. 管理工程学报, 2013, 27(3): 74-80.
[10] 聂龑, 吕涛. 考虑环境成本的燃煤发电与光伏发电成本比较研究[J]. 中国人口?资源与环境, 2015, 25(11): 88-94.
论文作者:李海涛1,孙波1,汪超1,陈荣2
论文发表刊物:《电力设备》2016年第16期
论文发表时间:2016/11/8
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