敦煌的“向日葵田”，正在发光发电
本文来自微信公众号：国家人文历史 （ID：gjrwls），作者：付喆，题图来自：视觉中国
在甘肃省敦煌市向西约20公里处，坐落着首航高科敦煌100兆瓦熔盐塔式光热电站，又名“超级镜子发电站”。这座发电站占地面积800公顷，电站设计年发电量达3.9亿度，每年可减排二氧化碳35万吨，是我国目前建成规模最大、吸热塔最高，可24小时连续发电的100兆瓦级熔盐塔式光热电站。
究竟什么是光热发电站？许多大型太阳能发电站，例如甘肃敦煌的“超级镜子发电站”和宁夏中卫的腾格里沙漠光伏基地，为何都坐落于西北地区？这难道是巧合吗？
“光伏发电”的来龙去脉
光伏发电是一种新兴能源应用技术，正式名称为“聚光太阳能热发电”（Concentrated solar power，缩写为CSP）。这项技术通过使用反射镜或透镜，利用光学原理将大面积的阳光汇聚到一个相对细小的集光区中。太阳能集中后，发电机上的集光区受太阳光照射而温度上升，在光热转换原理的作用下，太阳能换化为热能，热能通过热机作功驱动发电机，从而产生电力。?
文中提到的“超级镜子发电站”——首航高科敦煌100兆瓦熔盐塔式光热电站就运用了最先进的CSP技术建造而成。发电站装备了1.2万多面定日镜，以同心圆状围绕着260米高的吸热塔，镜场总反射面积达140多万平方米，设计年发电量达3.9亿千瓦时。敦煌100兆瓦熔盐塔式光热电站借助良好的电网基础优势，将新能源不断输往全国各地。
无独有偶，新疆哈密的50兆瓦熔盐塔式光热发电项目也与敦煌项目相似。项目所在地哈密市伊吾县地处天山东麓，是中国日照时间最充裕的地区之一，全年光照时间可达到3500小时。
哈密50兆瓦熔盐塔式光热发电项目。来源/哈密政府网
它们如巨大的盛开的“银色向日葵”，还拥有一项神奇的“能力”，太阳下山后光伏电站还能够继续发电，这是怎么做到的呢？白天时电站通过太阳光将熔盐加热产生能量，再将能量储存起来。等到太阳落山，光线不足以继续产生能量，熔盐储存罐里的能量将会“站出来”，支持电站继续发电，从而达到24小时不间断供电的效果，这也是光伏发电项目最大的优势。恰好，这两个电站都位于我国西部地区，这并不是巧合。
充沛的太阳能：西部得天独厚的地理优势
根据中国可再生能源学会光伏专业委员会统计数据，我国太阳能总辐射资源丰富，总体呈“高原大于平原、西部干燥区大于东部湿润区”的分布特点。其中，青藏高原最为丰富，年总辐射量超过1800 kWh/m2，部分地区甚至超过2000 kWh/m2。
其中，全国太阳辐射总量的最丰富带涵盖以下地区：内蒙古额济纳旗以西、甘肃酒泉以西、青海100°E以西大部分地区、西藏94°E以西大部分地区、新疆东部边缘地区、四川甘孜部分地区，占我国国土面积的22.8%。
较丰富带包括新疆大部、内蒙古额济纳旗以东大部、黑龙江西部、吉林西部、辽宁西部、河北大部、北京、天津、山东东部、山西大部、陕西北部、宁夏、甘肃酒泉以东大部、青海东部边缘、西藏94°E以东、四川中西部、云南大部、海南，占我国国土面积的44%。显然，我国太阳能最丰富的地区都位于西部地区。
全球年水平面总辐照量分布图。来源/ 2021年中国风能太阳能资源年景公报，中国气象局风能太阳能中心
客观上，从光照条件看，西部地区大部分地区太阳光照充足，为光伏发电提供了必要条件。从地理条件看，西部地区地广人稀，相较于山区与平原地区，西部受农业用地与工业用地影响小。因此，光伏电站可以建设在任何合理的太阳光照射的场地。相较于传统的电网供电，光伏电站的灵活性大大提高。
主观上，从经济效益的角度看，传统的电网供电需要铺设大量工程建设，在交通不便利的地区修建成本高。而光伏电站经济性更高，简单的光伏系统就能为乡村地区实现供电。从人力角度看，光伏电站建设周期很短，维修和管理方便，基本可以实现无人值守，更适合西部地区。
西部地区光伏发电的历史演变
清末，西部地区电气工业开始出现，电气事业是近代工业的重要部门。1908年，重庆商人创办了烛川电灯公司，见证了西部电气工业的开始。此后，西南地区与西北地区相继创建了一些电灯厂与电厂。据学者统计，至1926年，西部大约有电厂32家，有统计的创办资本为327万余元，发电容量4835.5千瓦。相较东部地区与中部地区，西部地区的电气工业仍然较为落后。
抗日战争开始后，东南沿海地区许多城市的一些发电厂毁于战火，一些拆迁到了后方。因此，西南地区的电力工业出于战争的需要，逐渐发展起来。中华人民共和国成立后，由于产业分布，西部地区的电气工业仍然发展缓慢。直到21世纪前后，西部地区的用电形势仍然较为严重。此时，中国还有7656万无电人口，700多万无电户（约占全国农户的3.55%），2万多个无电村（约占全国农村的3.84%）。
此时，人民政府逐渐意识到了一个问题：若这些地区没有电的情况得不到改善，将严重制约当地的社会和经济发展。因此，政府开始着手改善西部地区的电力供应问题，尤其是要加大农网建设和改造的力度，解决一大批无电县、乡、村的通电。
由于历史和地理的原因，这些村落和居民主要分布在西部边远地区，如西藏地区因为地理原因，无电户比例高达78%，这些人口和地区都远离电网，负荷小而分散，无法用延伸电网的方式供电，而光伏发电可以扭转这一切。
1996年，随着世界太阳能高峰会议的召开，光伏发电进入了我们的视野，给西部地区带来一阵春风。1997年，“中国光明工程”进入实施阶段，光明工程通过太阳能、风能等发电方式在西部建立起上千套独立发电系统，解决了西部乡村的用电问题。光明工程中对光伏的需求创造了中国第一代光伏企业。
我国光伏产业发展起步晚，前期发展速度慢，历程长，自20世纪70年代起 步至21世纪初，光伏产业起色始终不明显。由于政府重视，政策激励、技术进步，工程推进等原因，我国的光伏产业得到迅速发展。由此可见，西部地区的光伏产业不是偶然形成的，是多年努力的成果。
2002年，国家计委启动“西部省区无电乡通电计划”，通过光伏发电和小型风力发电解决西部七省区（西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙古、陕西和四川）700多个无电乡的用电问题，光伏用量达到15.5MWp。2007年，国家发改委启动了“大型并网光伏示范电站建设计划”，加快解决日照资源丰富的西部八省（上述七省与宁夏）无电乡用电问题。光伏发电由此脱颖而出，成为上述计划中的重要一环。
2011年，格尔木等少数几个西部城市成为光伏装机的焦点地区。2012年，西部已有十多个城市的电站规模达到数百兆瓦，青海、甘肃、新疆几乎每一个城市都最少有一个光伏发电园区，并且大多数光伏发电产业园都按照GW级规模设立。
截至2017年底，西北五省光伏累计并网规模已经达到35GW，占全国总装机规模的27%。2017年的发电量为407.25亿kWh，占全国光伏当年总发电量的34%。通过多年努力，我国政府从国家层面统筹顶层设计、全局规划建设光伏大基地。而西北地区凭借其拥有丰富太阳能资源率先建成甘肃、新疆、青海和宁夏等4个超大型光伏基地，西北已成为我国重要的能源战略屏障。
总的来看，西部地区光伏发电站不仅满足了无电区人民群众用电需求，改善无电自然村人民生活条件，有利于当地社会文明的发展与社会经济进步，还促进了能源使用结构的优化与节能环保的顺利展开，为我国光伏产业的发展提供更好的空间，并推动相关电力产业的发展。
更重要的是，光伏发电除提供清洁电力能源外，还完成了修复西部生态系统的任务，从而实现了经济和环境效益的双赢局面。
青海塔拉滩，曾是风沙灾害最为严重的地区，如今已经是一片蓝色的海洋。来源/ 央视节目《振兴路上》截图
过去，西部许多地区面临着大面积水土流失的尴尬境地，而化石能源开采带来的环境破坏则使这种情况雪上加霜。如今，随着光伏发电在西部地区的全面铺开，这种情况得到极大改善。
光伏发电能够改善当地的水资源状况。从全生命周期来看，光伏发电的用水量远少于煤电发电用水量，大力发展光伏发电，能有效节约水资源。白天，光伏电站能为地面植物挡住过强的阳光，光伏组件板遮蔽阳光直射可以有效降低地表水的蒸发，遮阴效果能使蒸发量降低20%到30%，并且有效降低风速，这能很好改善植物的生存环境。
光伏发电能够改善当地的土地状况。通过光伏发电，当地可以大量减少煤炭使用。过去很多土地深受煤炭污染的局面将一去不复发，混杂了煤烟与煤渣的污染土地将得到明显改善。在荒漠、戈壁地区安装上光伏电站后，由于光伏组件遮挡了荒漠与戈壁的地表，从而减少了地表蒸发量，改善了当地的沙漠化情况。
光伏发电可以与其他行业互补发展，促进了许多地区发展转型，并使原有建筑物在原有功能的基础上，增加了发电、节能的功效，提高了利用率。户用光伏的发展，更是让可再生能源走进千家万户，让普通老百姓认识了可再生能源，提高了节能减排意识。而光伏发电对环境的改善作用远远不止于此，还等待着我们更加深入的挖掘。
总的来看，西部地区与光伏发电可谓是“相辅相成”。正是西部地区的自然环境才导致了光伏发电的广泛应用，而光伏发电的广泛应用进而实现了西北地区的能源结构的转型，促成了西部地区的环境改善。大自然终究不会亏待用心人们的努力。
参考资料：
新华网
中国光伏简史
2021年中国太阳能热发电行业蓝皮书
2021年中国风能太阳能资源年景公报
张用建：《艰难的变迁：抗战前十年中国西部工业发展研究》，四川大学博士论文，2003.
严鹏：《战略性工业化的曲折展开：中国机械工业的演化（1900-1957）》，华中师范大学博士论文，2013.
沈义：《我国太阳能的空间分布及地区开发利用综合潜力评价》，兰州大学硕士论文，2014.
朱宏鹏：《西部无电地区光伏发电系统设计及优化研究》，河北工程大学硕士学位论文，2014
本文来自微信公众号：国家人文历史 （ID：gjrwls），作者：付喆
