“雙碳”目標(biāo)背景下光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合發(fā)展的現(xiàn)狀與建議

朱 瑩，譚利偉，張春英，宋 瑋

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100125）

2020 年9 月習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上的講話中宣告，中國“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”[1]。隨后，習(xí)近平總書記在當(dāng)年氣候雄心峰會(huì)上的重要講話以及當(dāng)年的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上，多次提及碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，這標(biāo)志著“雙碳”目標(biāo)已成為長期國家戰(zhàn)略。

在“雙碳”目標(biāo)背景下，可再生能源的開發(fā)利用成為重要“風(fēng)口”。在風(fēng)能、太陽能、核能等各種可再生能源中，太陽能因其清潔易得、安全可靠、適用廣泛的特點(diǎn)，以及取之不盡、用之不竭的充足來源優(yōu)勢(shì)，已成為發(fā)展最為迅速的可再生能源。當(dāng)前太陽能利用的最佳方式是利用光伏電池的光生伏特效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，即光伏[2]。而光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合發(fā)展、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，又成為了推進(jìn)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要路徑。

光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合通常是指將光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用或結(jié)合于農(nóng)作物種植、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)一地多用、提高單位土地產(chǎn)出率的創(chuàng)新模式。中國是農(nóng)業(yè)大國，有著廣闊的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活空間，能夠?yàn)楣夥峁┫喈?dāng)大的應(yīng)用空間；光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能能為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)提供清潔充足的電力保障，也可并網(wǎng)發(fā)電，供應(yīng)綠色清潔能源，促進(jìn)農(nóng)民增收。因此，光伏與農(nóng)業(yè)的結(jié)合無論對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)還是農(nóng)業(yè)發(fā)展都有巨大的促進(jìn)與協(xié)同效應(yīng)，值得推動(dòng)與完善。

本文對(duì)光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合發(fā)展的重要意義、現(xiàn)狀基礎(chǔ)、發(fā)展模式進(jìn)行梳理，提出展望建議，以期更好地推動(dòng)光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合發(fā)展，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

一、光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合發(fā)展的重要意義

1、提高土地利用效率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色數(shù)字化發(fā)展

光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)土地上方光伏組件發(fā)電，下方種植養(yǎng)殖，實(shí)現(xiàn)土地的多層次利用，同時(shí)還可以融合觀光旅游和科技展示等功能，大幅提高土地的使用率和單位經(jīng)濟(jì)效益。

農(nóng)業(yè)綠色化發(fā)展離不開清潔能源的適用，農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展需要充足的電力保障，光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能直接供給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用，既能避免傳輸中的能源消耗，又能提供滿足農(nóng)業(yè)低碳化數(shù)字化發(fā)展所需的清潔電力。

2、鞏固拓展脫貧攻堅(jiān)成果與鄉(xiāng)村振興有效銜接

光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合在廣大鄉(xiāng)村地區(qū)有著巨大的應(yīng)用空間，同一塊地除農(nóng)業(yè)生產(chǎn)收入外，還可通過光伏發(fā)電解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的用電需求，降低生產(chǎn)成本；額外的電能還能并網(wǎng)，也有一定的經(jīng)濟(jì)收益。對(duì)地方發(fā)展來說，光伏帶來了新的產(chǎn)業(yè)，意味著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的提升和新的就業(yè)需求，可以拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長。“十三五”期間，光伏扶貧在脫貧攻堅(jiān)中取得了巨大成效，未來在鄉(xiāng)村振興中將繼續(xù)發(fā)揮作用，通過光伏與農(nóng)業(yè)復(fù)合發(fā)展等方式，為農(nóng)民持續(xù)有效增收提供動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)多重效益的提升。

3、促進(jìn)農(nóng)業(yè)低碳發(fā)展、助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)

農(nóng)業(yè)低碳發(fā)展除了在化肥施用、畜禽糞污處理及固碳技術(shù)改進(jìn)和提升外，推進(jìn)可再生能源替代也是非常重要的途徑?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)在機(jī)械化、智慧化發(fā)展中若能實(shí)現(xiàn)清潔能源充足供給，對(duì)農(nóng)業(yè)減碳將起到極大的推動(dòng)作用。

以裝機(jī)容量1000 kW 的光伏與農(nóng)業(yè)復(fù)合發(fā)電項(xiàng)目為例，占地20～25 畝，在不影響下方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的前提下，平均發(fā)電量可達(dá)到150 萬kWh/年。參照火電平均煤耗360 g 標(biāo)煤/kWh 計(jì)算，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤540 噸/年，減排二氧化碳1600 噸/年。因此，光伏與農(nóng)業(yè)的結(jié)合發(fā)展能有效促進(jìn)節(jié)能減排，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

三、發(fā)展基礎(chǔ)

1、光伏產(chǎn)業(yè)取得跨越式發(fā)展

經(jīng)過多年的不懈努力和發(fā)展壯大，光伏產(chǎn)業(yè)已成為推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)變革和發(fā)展的重要引擎，在技術(shù)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、應(yīng)用場(chǎng)景等方面均位居世界前列。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，2020 年全國新增和累計(jì)光伏裝機(jī)容量均已位列世界第一。其中，光伏新增裝機(jī)容量48.2 GW，累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)2.53 億kW[3]。

2、政策助推光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合發(fā)展

“十三五”之初，國家能源局就積極鼓勵(lì)將光伏發(fā)電系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)相結(jié)合，并將其納入光伏扶貧計(jì)劃。2017 年9 月，國家能源局等三部委聯(lián)合發(fā)文要求加強(qiáng)光伏扶貧用地保障；2018 年，關(guān)于光伏扶貧電站管理和2019 年關(guān)于產(chǎn)地用地政策的文件中再次對(duì)復(fù)合型光伏項(xiàng)目用地方面做了明確要求，解決了光伏與農(nóng)業(yè)復(fù)合項(xiàng)目的用地難題。之后，上海、北京、重慶、湖南、山東、江蘇、四川、山西、河北等省市先后發(fā)布了省級(jí)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃，將光伏寫入其中。2021 年10 月，國務(wù)院印發(fā)《2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》，提出“大力發(fā)展綠色低碳循環(huán)農(nóng)業(yè)，推進(jìn)農(nóng)光互補(bǔ)、‘光伏+設(shè)施農(nóng)業(yè)’等低碳農(nóng)業(yè)模式”。

3、大量開展光伏農(nóng)業(yè)復(fù)合項(xiàng)目建設(shè)

“十三五”以來的光伏扶貧工程通過建設(shè)光伏農(nóng)業(yè)大棚、地面光伏電站等項(xiàng)目助力脫貧攻堅(jiān)，效果顯著。在國家相關(guān)政策指引下，目前已有十余個(gè)省級(jí)能源、國土資源主管部門發(fā)布了關(guān)于本地區(qū)光伏復(fù)合項(xiàng)目認(rèn)定與建設(shè)的指導(dǎo)性文件，為光伏農(nóng)業(yè)復(fù)合項(xiàng)目落地明晰了界限。此外，國內(nèi)主要的光伏企業(yè)已在全國各地進(jìn)行了大量光伏與農(nóng)業(yè)復(fù)合類項(xiàng)目，在光伏組件布置方式、種植養(yǎng)殖品種選擇等方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。

四、主要發(fā)展模式

光伏和農(nóng)業(yè)結(jié)合發(fā)展的主要發(fā)展模式主要有光伏技術(shù)直接應(yīng)用、復(fù)合開發(fā)互補(bǔ)發(fā)展、光伏組件下農(nóng)業(yè)開發(fā)再利用等方式。

1、光伏技術(shù)直接應(yīng)用模式

該模式是在農(nóng)業(yè)種養(yǎng)、農(nóng)田灌溉、農(nóng)機(jī)設(shè)施、病蟲害防治等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，用光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的電能替代傳統(tǒng)化石能源，目前主要有下列應(yīng)用方式。

（1）光伏水泵

利用光伏供電系統(tǒng)提供能源，驅(qū)動(dòng)水泵從低處提水，并通過溝渠用于農(nóng)田灌溉，或直接為人畜提供飲水。1990 年開展了光伏水泵的相關(guān)研究工作，并在西北地區(qū)進(jìn)行了廣泛推廣和應(yīng)用[5]。

（2）光伏溫室

利用溫室設(shè)施安裝光伏組件，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)與溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一體化。太陽能發(fā)電直接供給溫室使用，可根據(jù)溫室內(nèi)種植作物的需光特性，選擇不同透光率的組件作為溫室光伏板。

（3）光伏保藏

由光伏供電系統(tǒng)提供能源，并使用該能源為農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行保鮮儲(chǔ)藏。可以結(jié)合烘干技術(shù)對(duì)相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行干燥，使含水量降低到安全的適宜水平，延長使用壽命。也可以直接或經(jīng)過儲(chǔ)能電池對(duì)農(nóng)產(chǎn)品倉庫進(jìn)行供電制冷，達(dá)到預(yù)冷保鮮或冷凍保藏的目的[4]。

（4）光伏殺蟲

通過光伏發(fā)電系統(tǒng)提供電能，白天將電能存儲(chǔ)在蓄電池內(nèi)，夜晚由蓄電池對(duì)殺蟲燈供電，通過殺蟲燈發(fā)射不同波長的光波引誘昆蟲至高壓電網(wǎng)并擊殺消滅[5]。此方法集合了光伏發(fā)電、蓄電池儲(chǔ)能、害蟲誘殺、品種調(diào)查等多項(xiàng)植保技術(shù)，可作為物理防蟲的優(yōu)選方式。

2、復(fù)合開發(fā)互補(bǔ)發(fā)展模式

此模式為在農(nóng)用地上復(fù)合利用光伏發(fā)電的方式。光伏組件采用樁基方式位于農(nóng)用地上方，下方仍進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，主要包括光伏與農(nóng)業(yè)復(fù)合開發(fā)（即農(nóng)光互補(bǔ)）、光伏與畜牧業(yè)復(fù)合開發(fā)（即牧光互補(bǔ)）、光伏與漁業(yè)復(fù)合開發(fā)（即漁光互補(bǔ)）等模式。根據(jù)各省市、自治區(qū)已經(jīng)出臺(tái)的建設(shè)和認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)光伏農(nóng)業(yè)復(fù)合開發(fā)項(xiàng)目光伏組件的最低點(diǎn)標(biāo)高、樁基行列間距等均確定了最低指標(biāo)要求。

（1）光伏與農(nóng)業(yè)復(fù)合開發(fā)

此技術(shù)是將光伏與農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合的復(fù)合應(yīng)用方法。在光伏發(fā)電的同時(shí)兼顧種植，上方進(jìn)行光伏發(fā)電，下方進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)?？梢园串?dāng)?shù)叵鄳?yīng)建設(shè)要求直接在露地上設(shè)置光伏組件，下方直接開展種植生產(chǎn)；也可在已有的農(nóng)業(yè)設(shè)施（如溫室、大棚等）上敷設(shè)光伏組件，在設(shè)施內(nèi)開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

（2）光伏與牧業(yè)復(fù)合開發(fā)

此技術(shù)是將光伏與畜牧養(yǎng)殖相結(jié)合的復(fù)合應(yīng)用方法?？梢栽谏⒎硼B(yǎng)殖基地上方搭建光伏發(fā)電板，下方放養(yǎng)牛羊等牲畜，實(shí)現(xiàn)一地多用，合理利用有效資源。光伏組件在夏季有一定遮陰作用，同時(shí)能起到一定防風(fēng)減蒸發(fā)的作用，在一定程度上促進(jìn)草體生長。也可以在已有的畜牧養(yǎng)殖設(shè)施上敷設(shè)光伏組件，在設(shè)施內(nèi)開展畜禽養(yǎng)殖。

（3）光伏與漁業(yè)復(fù)合開發(fā)

此方法是將光伏與養(yǎng)殖漁業(yè)相結(jié)合的復(fù)合應(yīng)用方法。在養(yǎng)殖水塘上方架裝光伏組件，下方水域進(jìn)行水產(chǎn)品養(yǎng)殖。光伏組件的遮擋作用可以改善下方水域的溫度條件和光照環(huán)境，非常適宜沙塘鱧、小龍蝦、大閘蟹、貴妃魚等喜陰類水產(chǎn)品的生長。

3、光伏組件下農(nóng)業(yè)開發(fā)再利用模式

大型集中式光伏電站往往會(huì)建設(shè)在荒灘荒漠等大面積地區(qū)，有光伏板覆蓋后地表蒸發(fā)量大幅減少，水分得以保留，加上定期清洗光伏面板也變相實(shí)現(xiàn)了定期澆水，使荒地具備了再次開發(fā)利用的潛力。有條件的荒地可通過溝渠配套、扣青培肥、構(gòu)建耕作層、培肥地力等技術(shù)措施，改造修復(fù)為耕地，種植喜陰類果樹、中藥材等。沙化石漠化荒地可通過栽植檸條、沙地柏、丁香等綠花灌木及人工播撒草種，培育草場(chǎng)，進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖。

五、存在不足

1、應(yīng)用范圍可進(jìn)一步擴(kuò)大

當(dāng)前光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合已有多種模式，并應(yīng)用到多種場(chǎng)景中，但仍有很大的拓展空間。如在大田作物上的復(fù)合利用，目前只在水稻等作物上進(jìn)行了小面積的試驗(yàn)性使用，通過科學(xué)的光伏設(shè)置方式，取得了不錯(cuò)的產(chǎn)出成效。未來還可以應(yīng)用至更多大田作物中，并通過科技手段解決光伏設(shè)施與生產(chǎn)機(jī)械、作物光照需求之間的矛盾。

2、與農(nóng)業(yè)機(jī)械、智能裝備結(jié)合不充分

光伏組件因?yàn)樾铇痘Ъ埽谝欢ǔ潭壬蠒?huì)影響到種植、養(yǎng)殖中的農(nóng)業(yè)機(jī)械使用。可研究各類主要農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用需求，定制與其相適應(yīng)的光伏組件尺寸及安裝間距，將極大地?cái)U(kuò)大應(yīng)用范圍。

此外，數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用范圍越來越廣泛，當(dāng)前光伏與農(nóng)業(yè)的結(jié)合還主要是最基本電能、空間利用，如將光伏與各類智能裝備功能應(yīng)用相結(jié)合，如把對(duì)動(dòng)植物的監(jiān)測(cè)與光伏板方向、角度的自動(dòng)轉(zhuǎn)換等相結(jié)合，可有效擴(kuò)大光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合的應(yīng)用場(chǎng)景。

3、空間復(fù)合利用效率還可提高

盡管當(dāng)前在復(fù)合利用上取得了一定成效，但復(fù)合方式還比較單一，需要研發(fā)更多復(fù)合型產(chǎn)品、機(jī)械及模式，將引水、灌溉、植保、監(jiān)測(cè)、預(yù)警等功能高效融合。同時(shí)，也需考慮與科教、展示、研學(xué)等功能融合發(fā)展，提升單位空間的使用效率和收益。

六、展望與建議

1、加強(qiáng)科技引領(lǐng)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍

通過對(duì)不同農(nóng)作物、畜禽、水產(chǎn)對(duì)光照、濕度、溫度等的適應(yīng)性特點(diǎn)分析，研究開發(fā)符合其生長特點(diǎn)的光伏組件形式和適宜的設(shè)備設(shè)置間距、高度要求，使光伏組件在使用中滿足不同種類農(nóng)作物或畜禽水產(chǎn)品種的光照需求，并可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。同時(shí)，積極開發(fā)適應(yīng)主流光伏組件的農(nóng)機(jī)具產(chǎn)品，推動(dòng)光伏復(fù)合農(nóng)業(yè)的機(jī)械化發(fā)展水平提升，使光伏技術(shù)也能在水稻、小麥、棉花等更多大田作物田地上應(yīng)用。光伏溫室可通過智能技術(shù)手段自動(dòng)調(diào)整光伏板角度，擴(kuò)大溫室農(nóng)作物種植選擇。

2、通過技術(shù)集成，強(qiáng)化綜合利用

光伏組件還可通過與雨水收集、灌溉溝渠、光伏水泵、儲(chǔ)水儲(chǔ)能等設(shè)施集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)清洗灌溉用水重復(fù)利用、水資源集蓄、電能儲(chǔ)備，不僅實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物灌溉、補(bǔ)水，還能保持錯(cuò)峰錯(cuò)季能源平衡供應(yīng)。通過配套智慧能源管理系統(tǒng)，可自動(dòng)分析農(nóng)業(yè)環(huán)境溫度、土壤濕度、肥力狀況等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴灌、施肥等。應(yīng)用光伏太陽能殺蟲燈等綠色防控設(shè)施，實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)的綜合應(yīng)用。

3、探索融合創(chuàng)新，助力鄉(xiāng)村振興

光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合的模式還可以通過融合鄉(xiāng)村其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行拓展，將光伏發(fā)電系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和科普文化旅游等結(jié)合起來，充分利用光伏科技要素、農(nóng)事生產(chǎn)場(chǎng)景和鄉(xiāng)村田園景觀，將光伏技術(shù)展示、數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用、農(nóng)耕文化體驗(yàn)、特色花卉苗木觀賞、有機(jī)蔬果采摘等有機(jī)結(jié)合，發(fā)展多種形式的科普、觀光、研學(xué)和體驗(yàn)等項(xiàng)目，形成特色化、融合化的觀光體驗(yàn)農(nóng)業(yè)。此外，也可以加強(qiáng)與秸稈利用、畜禽糞污資源化處理等結(jié)合，形成農(nóng)牧光互補(bǔ)的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，突出綠色低碳農(nóng)業(yè)。通過這些融合創(chuàng)新模式，必將極大提升經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，有力推動(dòng)鄉(xiāng)村振興。