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光伏农业:掣肘之下如何创新?

2015-12-15 22:13:57|来源:互联网|
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农光互补智能光伏电站的先进技术和农业与光伏电站的创新模式,在“十三五”发展规划中将对地区的经济产生极大的推动和示范作用,将真正实现企业、政府、农民、环境四方共赢,将进一步推动农光互补、林光互补、渔光互补光伏电站的广泛建设效应,促进我国现代农业和新能源创新发展。


我国农业发展面临巨大挑战,水土资源约束日益趋紧,农业面源污染加重,农业生态系统退化明显,水土资源管理、生态补偿等体制机制还不健全,传统的农业发展方式已难以为继,推进农业可持续发展十分紧迫。为此,中央关于农业及农村工作会议频繁召开,重量级文件频频发布,今年发布的《全国农业可持续发展规划(2015-2030年)》,是今后一个时期指导农业可持续发展的纲领性文件。


农业光伏作为光伏与农业两种产业的深度结合,是对传统农业技术精华的传承,同时利用现代生物技术、信息技术、新材料和先进装备等,实现了生态农业、循环农业技术模式集成与创新,为农业可持续发展提供有力的技术支撑。


互通互融农业是重点


农业光伏是把农业作为重点,光伏仅仅是设施农业的附加或是农业富余阳光的再利用,是优先考虑土地中农业的需求,且光伏运行过程中能够满足农业对光照的适时需求。


光伏农业侧重光伏的建设投资,重点是考虑光伏本身,几乎忽略农业的需求。目前国内的主要表现形式就是低支架光伏电站、固定式高支架或半高支架电站(净空低于1.5米)。


农业光伏不是光伏电站与传统农业的简单叠加,而是新能源与新农业互通互融,由此派生出来的一个新兴产业,是一项浩大的系统工程,是各学科的高度融合,是我国新农村建设的重要方式,是农业可持续发展的重要解决方案之一,是健康生态农业的必要实现途径。


农业与光伏如何更精准地结合,如何既利用农业剩余空间发电,又基本不影响农业种植甚至提升农业的综合品质,保证农业功能的基本要求甚至优化及推动设施农业的发展,是农业光伏需要深度研究和实践的问题。


农业光伏的实践和未来的推广,长远来看,发展农业光伏对于我国的农业转型具有重要意义;而从短期来看,农业光伏是解决目前光伏产业用地困境的有效措施。


光合原理支持农业发展


作为一个新生事物,我国的特殊情形决定了农业光伏具有积极的现实意义。


根据光照强度与光合作用的关系,光照强度到达一定强度后,光合作用强度不再增加反而随光照强度的增加而急剧下降,进入休眠保护状态。一般而言,在我国的一二类光照资源丰富区域,早晚阳光较弱,却是植物光合作用较强的时候,而上午至下午光照较强,植物处于保护状态,光合作用反而较弱。也就是说全天有近70%~80%的阳光实际是过度富余的,对植物光合作用没有帮助,这也就不难解释为何较荫凉附近的植物反而茂盛的缘由。


同样,大棚种植实践中,进入大棚的阳光大约为投影面积的50%左右情形下,棚内还需做遮阳调节,以避免阳光过烈。


大量的阳光房、大棚种植的实践也说明植物生长并非依靠太阳直射光,散射光更利于植物的生长。植物生长所需光照强度并不高,其光合作用的强度与适宜的环境温度具有更大的关联度。阳光房、大棚的构造主要为人工制造,更适于植物生长的温度和湿度环境。


上述理论为进行农业光伏提供了有力的支持。


农业光伏采用在一般大田作物上方架设跟踪式光伏电池组件,进行太阳能发电,下部空间仍保留原有的种植状态。光伏电池组件水平投影遮挡系数控制在20%~35%的范围内,采用跟踪系统,利于光照较强时提供更多的遮阳比例,为下部空间农作物生长提供合理的光照强度。


为保证各区域植物接受的阳光均匀,光伏组件的安装不能过大集中安装,虽然总体满布率满足要求,但局部区域终年不见阳光,这就歪曲了农业光伏的设计本意。

经过实践检验,采用组件宽度1米,空隙宽度1.5米~2米的间隔布局,对下部农作物的光照基本没有构成任何实质性影响。在温度较高、日照过强的地区,该类系统的运行更有助植物生长,提高土地原有亩产量。


诸多特征助推跨界应用


目前农业光伏的几个特征:


新兴科技产业。现代农业+光伏发电,且光伏运行过程中能够满足农业对光照的适时需求。


一体化产业。农业与光伏存在充分的结合,农业种植(养殖)+光伏发电。


多重效益。发电、农业、生态改善多功能并举。


节约土地。立体使用土地,成本较低。


综合投资低,收益最大化。


新产业,不再是仅仅以农民为主体的运营,而是加入了大量工商企业家群体与互联网技术、信息技术、智能控制技术、新能源、现代农业多学科、多领域的高度融合。


高投入,大产出。


资本市场化运营,农业产业化,大量工商业资本投入,大量工商业人才转型进入。


虽然农业光伏的理论基于大田作物的生产机理,但作为一个政策研究,已经具备综合性、多学科、跨领域的特征,具备巨大的研究价值,需要更为广泛的研究、实践和推广。我国城市的高度集中,高密度建筑,已经很难为光伏发电这种优质的清洁能源、分布式能源提供落脚之处,但广阔的城郊接合部、蔬菜基地、养殖基地、荒滩水面为这样一种能源提供了可能。


作为政策研究的范畴,我们建议将农业光伏的范畴扩大到以下领域:设施农业中的大棚改造、菌菇种植、渔光互补、农光互补、牧光互补、地质灾害土壤治理改造、新农村建设、光伏扶贫等诸多跨界领域。


农光互补遇六大问题掣肘


目前我国大量以光伏发电站为核心的所谓农光互补项目,是对农业光伏的曲解和误读,近3年已经建成的大量农光互补项目暴露出以下几个突出的问题:


一是光伏发电占用土地后并没有恢复耕种,是目前光伏农业、农光互补项目的普遍现象。


二是基于光伏发电技术平台的设计,对农业的忽视,对光伏电站下方土地是否再次进入农业生产几乎不考虑,致使项目建成后土地难以再进行大规模耕种。


三是土地降级使用,原本较好类似基本农田的土地,安装光伏设备后,基本无法再恢复耕种,简单种草绿化使用,土地利用率低下。


四是许多企业申报光伏项目时承诺进行配套设施农业建设,可项目一旦批复或建成后,却只做光伏。这类现象在西南地区不断涌现,导致地方政府招商引资过程中对光伏发电项目视同鸡肋。


五是清洁能源的施工过程不清洁,大量现场浇筑混凝土,破坏原有生态、恶化土质,造成水土流失、土地沙化。


六是过度设计,多年后土地复耕难度极大。光伏阵列支架基础按建筑标准设计,设计过度,笔者多次看到阵列基础埋深达到数米深度,内配钢筋混凝土,复耕难度极大。

合理规划开展一体化生产


确认农业的基本定位在农业光伏项目的策划设计过程中,能否为项目进行一个良好的功能定位,对一个项目最终能否成功具有关键性的作用。在决策阶段,要确定好整个项目农业的基本定位,如确定整个项目农业部分与光伏发电部分收入主辅关系,项目种植、养殖的品种定位、产业链上产品的市场定位,项目农业的种植与观光定位比例等。如有设施农业,是采用普通农业设施,还是升级为智能、节能农业等。


土地属性与利用形式农业光伏发展的先决条件就是不能改变土地的使用属性,即土地原来是农业用地,还是主要用于农业,原来是牧草地,还是牧草地,即在光伏电站规划设想阶段,在研究设计方案时,要根据土地属性及特点,在不改变使用性质的前提下,最大化地做好农业项目,提升农业品质,附带利用上部空间,合理设计和布局,设计光伏电站结构,并优先考虑农业需求。


商业模式创新与构建针对项目所在地的具体情况,研究当地产业现状,因地制宜设计项目的组织架构、商业模式。目前,光伏投资企业大多为光伏制造企业和传统能源投资企业,基本没有农业公司投资农业光伏项目,这就注定项目团队中缺少农业专业人才,前述的农业产业的策划难以实现,后期实施过程也就难以顾及,这也是造成目前大量大棚光伏空置的根本原因。


光伏发电技术已经成熟,实施难度也低,而我国农业现代化水平低,农业产业集中度低、投资能力弱,能拥有几百亩土地的农业公司已经是大公司。一个50MW的光伏项目占地2000亩,项目周期25年,投资4亿元,光伏项目对土地的长期和大量占有,形成空间上和资本上的极大优势,为我国现行土地政策下开展大面积的农业一体化生产提供可能。


建议各地政府探索创新结构,一地两用,农业与光伏齐头并进;鼓励制造业转型发展,对农业投资和农业光伏给予政策上的鼓励措施。


实践引导健康生态农业


农业光伏目前发展的重点领域还是基于农业大棚较多。但农业大棚严重过剩的今天,大棚农业对于土地掠夺性的利用,造成土地提前衰竭,大棚有效利用时间短,几年时间后,大量大棚荒废。这不是健康生态农业的生产方式。笔者建议应该有序规划合理控制大棚规模,引导农业产业向现代化方向升级发展。对于已经建成的大棚或废弃的大棚,可以通过改造建成高等级智能温室大棚,进行科学种植或立体种植。


封闭式光伏种植大棚、半封闭式、光伏养殖大棚、渔光互补电站和光伏电站生态养殖等农业与光伏的结合项目是目前常见的项目,已经在国内许多项目上实施,并取得较好应用成果。


互补型农业体系是方向


新城镇化的发展和我国农村土地政策的深化改革,导致农村大量富余劳动力的出现,大中城市已经难以消纳这些富余劳动力,必然滞留在农村城镇,为新城镇化发展提供了机遇。


工商业资本的圈地运动,必然导致大量失地农民,只有进入现代农业产业,成为产业工人,反过来推动城镇化的建设,消纳富余劳动力,增加内需,提振经济。因此,我国农业产业现代化也势在必行。


基本农田作为我国农业的基础资源短期内难以在政策法律层面有重大改变,而低效土地上的农业项目也因为投资收益较差难以获得工商业资本的青睐,互补型农业体系在未来一段时间内将是我国农业现代化与工业化的最佳结合点——农业光伏成为目前的主要方向。


农业光伏作为一个政策导向,将大大推动城镇化建设的发展,成为新的动力,是我国“三农”问题深化改革的重要试验田。

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