这里有一个惊人的事实:地球上所有陆地中,有三分之一是半干旱或干旱的沙漠地区。如果在沙漠的4%区域内部署太阳能板,就能够满足全球的电力需求。虽然沙漠是理想的发电场所,为什么它们还没有成为主流的能源呢?
其实,我国已经在这方面秘密进行了探索。在西北部的腾格里沙漠中,一个330千伏的光伏电站已经开始运行,大约65,000亩的荒漠上覆盖了太阳能板。在2022年3月,国家发展和改革委员会宣布计划在西北地区建设一个总容量达到4.5亿千瓦的光伏发电基地,这相当于20座三峡大坝的发电量。
目前,太阳能发电技术主要分为光热发电和光伏发电两种形式。光热发电通过收集太阳能来“烧开水”,并利用产生的蒸汽推动涡轮机发电。这种方法技术门槛低,原理简单,是目前主流的太阳能发电形式。
然而,光热发电在沙漠中的应用受到限制,主要因为这种方法需要大量水资源。沙漠中的水资源非常珍贵,同时沙尘暴的频繁发生也会增加设备的维护成本。
而光伏发电则利用了“光生伏特”效应,即在不均匀的半导体材料或半导体与金属结合的材料中,光照可产生电势差,从而生成电压。基于这一原理制成的晶体硅太阳能电池,可以实现光电转换以完成发电过程。
光伏发电具有明显的优势,它能源清洁,低碳环保,无污染,且仅需阳光即可发电,不受地理位置限制。沙漠地区人烟稀少,日照充足,非常适合作为光伏发电的场地。
但是,光伏发电也存在缺点。首先,其效率相对较低,目前非晶体光伏电池的转换率只有5—8%,晶体光伏电池的转换率为13—17%,低于光热发电的效率。
其次,光伏发电技术复杂且成本较高。由于半导体技术长期被西方国家公司垄断,其他国家在建设光伏电站时必须购买他们的产品并支付昂贵的专利费。
最关键的是,在沙漠地区建设光伏电厂需要解决设备维护的问题。沙漠中的风沙频繁,灰尘落在光伏板上会降低发电效率。由于沙漠地区远离人口密集区,设备一旦出现故障,维修成本将会非常高。
尽管如此,光伏发电在过去几十年中仍未能成为主流的太阳能发电方式。虽然欧美许多国家都尝试在沙漠中建设光伏电厂,但大多数项目未能达到预期效果,要么是计划进行到一半就宣告破产,要么是规模太小,效果甚微。
然而,中国的情况不同。中国的光伏电站不仅规模大,发电量高,还成功地将广阔的荒漠变成了生机勃勃的绿洲。
在西北的戈壁沙漠,曾经无边无际的黄色沙丘现在被一块块光伏板覆盖,形成了一片“蓝色海洋”。在连绵不绝的光伏板下,牧草茵茵,牲畜穿梭其间,还有牧民在这里劳作,部分区域还种植了黄芩和枸杞等经济作物。
可能有人会问,光伏电厂是不是专门建在绿洲里?这样会不会浪费宝贵的土地资源?其实光伏电厂就是建在沙漠中的,牧场牲留的确是意外收获。
在建设光伏电厂的过程中,会在电厂内种植一定的绿色植物,以此来防沙固沙。但随着时间的推移,电厂人员发现,位于光伏板下方的植物生长迅速,不久就会阻挡光伏板,影响发电效率。专家经过分析,找到了问题所在。
尽管沙漠非常干旱,但并不是完全没有水源,大部分水分以蒸气形式存在,直到夜晚才会有少量水分凝结成水滴落在地面上。光伏板遮挡了阳光,使得下方的水分蒸发速度减慢,地表温度随之降低。到了夜间,水汽在光伏板上凝结,逐渐滴落到地面,这促进了下方植物的生长。
专家顺应这一现象,在光伏电厂内开展了畜牧业。他们将光伏板加高,为牛羊留出了足够的活动空间。这样一来,光伏板在吸收阳光发电的同时,下方的牛羊也可以自由地吃草。这不仅解决了防沙固沙的问题,还推动了经济发展,实现了多赢的局面。
在西北的腾格里沙漠中,一个规模达100万千瓦的光伏电厂已经开始运行,覆盖了65,000亩的沙丘,逐渐展现出繁茂的绿色。此外,库布奇达拉特旗的光伏基地占地50,000亩,发电规模也达到100万千瓦,年发电量可以达到20亿度。基地建设的同时,还完成了治沙工作,沙障林面积达到17,500亩,牧草和经济作物的种植面积达到36,000亩,牧场内还饲养了200头安格斯母牛。
“2018年,我开始在这里养殖鸡鸭,每年的收入可以达到10万元。”库布奇光伏电站附近的农民杨凤详这样说道。发电和养殖的同时,电厂还带动了当地的旅游业发展,许多电厂已经成为旅游示范项目。光伏电厂与畜牧业的结合,进一步推动了旅游业的发展,这一模式已在西北荒漠广泛推广。
在2023年1月,总投资超过800亿元的全球最大的风光电光伏基地在库布奇沙漠开工建设,项目的总装机规模达到1600万千瓦,其中光伏发电占800万千瓦。预计到2030年建成后,年发电量将达到4.55亿千瓦,相当于20个三峡大坝的产量!
曾经是一片死寂的戈壁荒漠,现在已经变成了一幅充满生机与活力的希望画卷。我们中国人再一次实现了领先和超越。