中国沙漠中的太阳能公园是生态微型实验室：中国巨型沙漠太阳能公园的两面

Konrad Wolfenstein

9 小时前

中国沙漠中的太阳能园区，如同生态微型实验室：中国巨型沙漠太阳能园区的两面——图片来源：Xpert.Digital

沙漠中的绿洲？中国巨型太阳能电池阵下究竟发生了什么

戈壁沙漠的秘密：太阳能公园如何创造新的生态系统

这听起来似是而非，但却正在成为一种显而易见的趋势：在中国最贫瘠的沙漠腹地，在一排排闪闪发光的太阳能电池板下，一片片小小的绿洲正在涌现。来自塔拉坦沙漠共和大型项目等大型设施以及戈壁滩公园的2024年和2025年最新实地数据证实了研究人员长期以来的猜测：大型太阳能公园从根本上改变了当地环境，创造了一个明显更凉爽、更湿润、更防风的微气候。

其机制简单有效：这些模块提供遮荫，降低白天极端土壤温度，在夜间保持热量，并减少蒸发。同时，它们还能阻挡沙漠风，从而减少土壤侵蚀。这些受保护的生态位使先锋植物和土壤微生物得以重建，并建立起脆弱的生态系统。但这种积极效应并非自然而然地产生。它只有作为综合方案的一部分才能发挥作用，该方案包括有针对性的侵蚀控制、周到的水资源管理和正确的场地选择。

这些“太阳能绿洲”虽然为当地生态再生提供了机遇，但也在全球范围内引发了新的问题。气候模型警告称，极端规模下的潜在副作用可能会改变区域气候模式。本文从中立的视角，探讨了这一引人入胜现象的现状、机遇和风险——从模块下方的生物物理过程、沙漠中的技术挑战，到能源政策和供应链责任的系统性问题。

不仅仅是清洁电力：沙漠太阳能场的惊人气候效应

在中国的几个沙漠地区，大型太阳能发电场正在改变微气候，在组件下方和周围创造明显更凉爽、更湿润、更防风的环境，有利于植被和土壤生物的生长——但前提是必须考虑综合规划、侵蚀控制和水资源管理。2024/2025年在戈壁沙漠和塔拉坦沙漠以及青海共和大型项目中的实地数据支持了这一发现，同时研究和模型也强调了大规模太阳能发电的局限性及其潜在的气候副作用。

沙漠中太阳能电池板下的“绿洲”是个别现象还是一种强劲趋势？

来自中国沙漠地区多个地点的实地数据一致表明，太阳能组件下方形成了更为温和的微气候：白天土壤温度较低，夜间温度略高，蒸发量减少，土壤湿度增加。组件起到遮荫和防风的作用；这些微干预措施促进了植物的生长和微生物的生长，并在配合侵蚀控制措施和适当的水资源管理后，可以逐渐稳定植被。塔拉坦地区（共和）、甘肃和戈壁地区也报告了类似的结果，这与国际上关于光伏遮阳对干旱地区土壤湿度和蒸发影响的观测结果一致。

什么是共和项目？为什么它在这次讨论中扮演着如此重要的角色？

青藏高原的共和项目被认为是世界上最大的连片光伏电站，自2020年以来逐步扩建。据报道，该项目的光伏+储能装机容量为2.2吉瓦，已于2020年投入运营；该电站是一个更大规模可再生能源基地的一部分，该基地是中国西部电网稳定电力输送的枢纽。除了光伏发电外，共和项目还安装了带定日镜的聚光太阳能热发电（CSP）系统，其中一些系统配备模块化盐库，可在晚高峰时段提供数小时的电力供应。大型定日镜场预计将于2025年建成，彰显了该电站的光伏+CSP混合发电模式。

机理：沙漠光伏电站为何能促进植被生长？

太阳能组件下方形成遮荫，减少太阳直射，降低土壤温度，减缓蒸发，并更长时间地保持土壤湿度。组件表面可沿边缘或缝隙排出雨水，从而局部改善周边区域的湿度条件。同时，组件结构降低了地面风速，减少了沙尘输送和幼苗受到的机械应力。这些细微的改变稳定了微生境，使先锋物种和微生物得以重新定居。中国的测量报告显示，与对照区相比，组件区域的微气候条件、土壤参数和生物多样性均有所改善。

区分：在所有年份和气候阶段，这种影响是否同样强烈？

不会。在雨水充沛的年份，其效益会显著减弱，甚至可能部分抵消，例如，由于组件中心正下方光照过度减少，漫射光穿透率低，可能导致局部生物量下降。然而，在干旱炎热的年份，防潮防热措施可以弥补光照不足，对植被和土壤湿度产生积极影响。因此，其有效性取决于天气和位置；微观位置和组件排列方式（高度、倾斜度、行距、东西向/南向）会显著影响结果。

可转移性：仅靠沙漠光伏就足以永久恢复植被吗？

光伏遮阳创造了良好的初始条件，但可持续的绿化需要配套措施：侵蚀控制（例如，地表加固、防风结构）、有针对性的播种和植物选择、雨水保留以及必要时在建植过程中进行最低限度的灌溉，以及防尘和维护管理。如果没有这些措施，风蚀、水蚀、漂移或营养不足可能会减缓生长。运营商报告和研究团队强调，技术设计和生态系统管理的结合是成功的要素。

扩展：沙漠太阳能场会对大规模气候产生哪些影响？

气候模型显示，反照率显著改变的超大规模设施可能会影响区域环流模式：与浅色沙地相比，设施上方的加热作用增强，气压场发生改变，并可能增加对流、云层和降水。在撒哈拉沙漠覆盖率高达20%的情景下，讨论了降雨增加、植被反馈、云层覆盖造成的潜在产量损失，以及对其他地区的遥相关效应。这些发现呼吁谨慎对待超大规模项目，并建议将生态和气候系统影响纳入规划和审批流程。

技术组合：在中国西部，CSP 与 PV 一起扮演什么角色？

聚光太阳能热发电 (CSP) 可利用可储存的高温热能，对光伏发电进行补充，利用熔盐在日落后数小时发电。青海、西藏等地区的混合电站将光伏发电与聚光太阳能相结合，以实现经济高效的日间发电，同时兼顾灵活性和电网支持。带有定日镜场的太阳能塔非常适合在高直接辐射的高原气候条件下使用；已有记录显示，一些项目采用了 8 小时的蓄热方案。这种组合改善了大型沙漠发电厂的系统集成，并降低了弃风限电的峰值。

资源和运营问题：操作员如何应对灰尘、污垢和水资源短缺？

灰尘沉积会降低产量，并且是干旱地区运营成本的主要驱动因素。运营商越来越依赖机器人、半自动或低水清洁系统、不粘表面以及数据驱动的清洁计划。在无法避免用水清洁的情况下，应优化用水量。同时，研究表明，组件提供的改善土壤水分状况不应与可用于组件清洁的工艺用水混淆；运营和维护用水仍然是一种稀缺资源，必须单独规划。

选址：为什么戈壁、塔拉坦/塔克拉玛干和库布其被如此突出地提及？

这些沙漠兼具高太阳辐射、广阔的土地供应和通常较低的土地利用竞争需求。同时，它们也是国家通过特高压输电线向工业中心输送清洁电力的战略的一部分。据报道，标志性的“太阳能墙”项目正在库布齐建设；最大的光伏集群已在青海/塔拉坦建成；而第一波风光互补发电厂正在戈壁滩上建设。塔克拉玛干沙漠被认为是世界第二大沙漠，干旱程度极高——绿化和基础设施项目绕过沙海核心区，集中在边缘和高原地区。

证据：哪些数据支持模块下的微生态“更健康”的说法？

2024年末发表的一项关于青海共和公园的研究，使用了包含57个参数的指标体系（DPSIR），涵盖微气候、土壤物理/化学和生物多样性。该研究将模块化区域与邻近及远处的对照区进行了比较，发现模块化区域的条件明显优于外部。其他沙漠地区的平行报告和测量活动证实了模块化区域白天热量的降低、土壤湿度的增加以及微生物组成的差异，这些都有利于模块化区域。季节循环和场地设计是这种影响的关键调节因素。

局限性：应该考虑哪些风险或副作用？

需要注意以下几个方面。首先，超大规模太阳能园区可能会改变区域辐射平衡和环流；文献讨论了降水带可能出现的变化。其次，与供应链相关的社会和环境问题（例如人权、组件制造的环境标准）仍然重要，即使这些问题必须与现场微观效应分开考虑。第三，灰尘、土壤退化、栖息地破碎化以及迁徙通道的潜在中断都构成了环境影响评估中必须考虑的风险。第四，如果设计不当，过密或过于靠近地面的组件排可能会因光照不足而损害植物生长。

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这项技术进步的核心在于刻意摒弃了数十年来一直沿用的传统夹紧方式。全新的安装系统更省时省力，采用全新且更智能的理念解决了这一问题。它不再将组件固定在特定位置，而是将其插入一个连续且特殊形状的支撑轨道中并牢固固定。这种设计确保所有作用力——无论是雪的静态载荷还是风的动态载荷——都能均匀分布在组件框架的整个长度上。

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生态协同效益：沙漠光伏能使景观再生吗？

规划原则：哪种设计可以最大化生态协同效益？

一些设计原则已被证明是有益的。这些原则包括：增加模块净空高度和足够的行距以促进空气和光线穿透；东西向布局以使光照和水分分布更均匀；有针对性地设置微洼地或洼地以保留雨水；加固地表以防止侵蚀；种植抗旱的本地树种作为保护性植物；以及在模块底部边缘进行特定的边缘区域管理，以便径流水能够形成湿润区域。长期监测土壤湿度、温度、风力和生物多样性，可以实现自适应管理。

转移：该原理在沙漠之外也能适用吗？

是的。在温带气候条件下，由于水并非总是限制因素，其影响更为微妙。然而，遮荫可以稳定农业系统的产量，并在炎热的夏季节约用水；农业光伏研究表明，它可以显著减少蒸发，缓解热应力。在绿色屋顶上，光伏组件会影响植被格局，其湿度和温度缓冲作用与组件效率协同作用。浮动光伏系统还可以减少水库的蒸发。这些应用证实，光伏结构可以发挥远超沙漠地区的生态微效应。

系统视角：沙漠公园如何融入中国的能源战略？

戈壁滩和其他干旱地区的大型电厂通过特高压线路将电力输送到消费中心，与此同时，风能、太阳能、水电和核能的产能也在不断扩张。在第一阶段的扩张中，沙漠地区优先部署了100吉瓦的装机容量；国家的目标是实现长期碳中和。混合电站、储能和聚光太阳能发电降低了波动性。总而言之，辐射带和风带的发电量与东部工业省份的需求之间正在形成空间分工。

案例研究塔拉坦/青海：从景观生态学角度来看，有何特殊之处？

塔拉坦地处高原，气候寒冷稀薄，总辐射量高。高直接辐射（适合聚光太阳能发电）、大片平坦区域（适合光伏发电）以及低竞争性土地利用，使其成为大型混合发电厂的理想选址。观测到的微气候效应在这里尤为明显，因为干旱和风力是强烈的背景应力，而遮荫和风的折射可以显著缓解这种应力。同时，高海拔和气候条件要求工厂和施工物流设计必须严谨可靠。

治理：建议采用哪些管理和监控标准？

标准化基线和时间序列测量对于生态协同效益至关重要：土壤水分剖面、近地温记录仪、风和颗粒物测量、生物多样性指数（植被、无脊椎动物、土壤微生物组）以及侵蚀标记（地表封闭、细沟侵蚀）。适应性管理计划应动态调整清洁周期、植被砍伐或放牧、补播以及小规模保水结构。有必要对极端气候事件进行多年监测，以绘制丰水年份和干旱年份之间的影响范围。

反驳：公关消息来源是否歪曲了科学印象？

新闻报道旨在推广研究成果，且可能存在选择性；因此，参考同行评审和可验证的测量方案至关重要。就中国沙漠公园而言，多份独立报告以及一篇于2024年底发表的关于共和公园的科学论文，支持了组件行业产生积极微观效应的核心观点。此外，关于农业光伏、绿色屋顶和漂浮光伏的学术研究也证明了其生物物理可行性。然而，在进行超大规模外推时应谨慎；目前，模型和情景研究的不确定性占主导地位。

实用指南：哪些设计决策可以增加创造“绿洲”的机会？

通过在组件下边缘区域精心设计为湿润和植被区域，最大限度地提高组件边缘的光照穿透率。优化行距，以允许充足的风和漫射光穿过。如果希望光照分布均匀，可考虑东西向布局。规划组件下边缘的微降水滞留。增加表面粗糙度以减少侵蚀。选择耐阴耐旱、根系浅的植物品种，以稳定土壤。确保植被管理的维护通道畅通，避免组件遮光。

基础设施和网络：传输技术发挥什么作用？

特高压直流输电 (UHVDC) 能够将大量电力从沙漠地区输送到城市中心，同时将损耗降至最低。戈壁滩/腾格里地区的项目已展示了特高压输电连接，更多线路正在规划中。这些线路对于确保当地生态协同效益不以系统性限电为代价至关重要——只有具备输电能力，才能实现较高的满负荷小时数和稳定的电网贡献。

平衡：生态优势是否大于当地劣势？

在场地层面，如果规划和维护得当，改善干旱地区的微气候、保持土壤水分和减少侵蚀的益处将超过其本身的益处。这些益处会被潜在的栖息地破碎化、运营和清理要求、粉尘管理以及植被控制需求所抵消。关键在于最大限度地减少干扰，维护廊道，并减少运营期间的粉尘和噪音排放。最终结果将呈现出一幅马赛克拼贴画：模块化区域作为微型避难所，周围环绕着生态设计的缓冲区。

社会层面：供应链和人权问题如何分类？

无论局部微观效应如何，光伏价值链的社会和环境责任仍然是一个关键问题，例如组件生产过程中的能源使用、排放和劳工标准。媒体报道强调了这些负面影响，并呼吁建立健全的审计、认证和尽职调查机制。为了进行综合评估，必须将局部环境影响和全球供应链影响一并考虑。

知识差距：哪些方面研究还不够充分？

许多地方缺乏跨越数十年的长期时间序列数据。尚待解决的问题包括：新植被对极端事件的恢复力、景观层面积极微效应的尺度化、众多公园对区域反照率和对流的累积影响，以及植被覆盖几何形状、植被组合和微水管理的最佳组合。有必要开展工程、生态、水文学和社会科学相结合的跨学科项目。

国际相似之处：中国以外有哪些相关案例？

摩洛哥的努尔瓦尔扎扎特项目展示了聚光太阳能发电（CSP）的系统性作用，包括解决干旱地区的当地环境管理问题。在欧洲，使用大型光伏和绿色屋顶的项目正在研究水平衡和植被动态。漂浮式光伏的研究表明，它可以减少水库的蒸发。这种多样性表明，太阳能结构能够可靠地调节微气候——然而，具体表现形式很大程度上取决于场地条件。

未来的沙漠太阳能公园可以吸取哪些教训？

光伏结构可以缓解土壤的热量和湿度压力、减少侵蚀并促进植被生长，从而在干旱地区创造“绿洲”。
如果没有侵蚀控制、有针对性的植被建设和水资源管理，效果仍然脆弱。
大型项目应考虑潜在的气候反馈；区域效益不得导致不良的长期影响。
CSP 与存储的混合改善了系统集成并减少了削减，从而结合了生态和能源目标。
供应链治理对于整体可持续性仍然是不可或缺的一部分。

展望：有哪些具体的研究和政策建议？

从技术角度来看，应优先考虑高度、间距和朝向优化的自适应光伏布局，并辅以微水保留、侵蚀控制和适应场地的植被垫。从运营角度来看，低水清洁方法、粉尘监测和生物多样性追踪应成为标准。从系统角度来看，特高压 (UHV) 连接、储能集成和光热发电 (CSP) 混合系统是核心支柱。从政策角度来看，环境影响评估应扩大到包括反照率/循环分析，并在供应链尽职调查制度的支持下进行。从科学角度来看，长期开放数据队列研究对于完善可靠的指导方针至关重要。

其他地点示例：库布其和腾格里显示出什么趋势？

在库布其，媒体正在报道一道“太阳能墙”，其规模达吉瓦级，并成为标志性地标，不仅致力于能源生产，也致力于沙漠稳定。在腾格里沙漠，一座1吉瓦的风电-太阳能发电场通过新的特高压输电线接入电网，成为众多沙漠项目的首批基石。这些“灯塔”指明了方向：大规模、电网一体化，并有可能为当地生态系统带来协同效益——前提是严格执行环境和社会标准。

沙漠中的太阳能公园是自然的替代品还是再生的桥梁？

太阳能电站并非取代天然沙漠生态系统，而是改变特定区域，创造更温和的微气候。在退化、易受侵蚀的地区，它们可以作为技术缓冲区，形成植被岛，减缓侵蚀——这是连接能源生产和生态稳定的一项桥梁技术。从长远来看，这些核心能否发展成为强大的植被镶嵌体，与其说取决于模块本身，不如说取决于规划、维护、水文逻辑以及与电网和治理的系统集成的深度。

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