发电种养一体化生态修复型太阳能光伏农场棚舍.pdf

本实用新型公开了一种发电种养一体化生态修复型太阳能光伏农场棚舍，包括内部种养农作物、家养动物的棚舍，棚舍的墙壁、屋顶设有光伏发电装置，光伏发电装置与蓄能、电力平衡发电装置连接。本实用新型结构合理，能充分利用光伏发电，将发电、种养一体化。

1、  一种发电种养一体化生态修复型太阳能光伏农场棚舍，其特征是：包括内部种养农作物、家养动物的棚舍，棚舍的墙壁、屋顶设有光伏发电装置，光伏发电装置与蓄能、电力平衡发电装置连接。

2、  根据权利要求1所述的发电种养一体化生态修复型太阳能光伏农场棚舍，其特征是：在所述棚舍近侧，设有铁路或公路光伏模块棚。

发电种养一体化生态修复型太阳能光伏农场棚舍
技术领域：
本实用新型涉及一种利用光伏的建筑物。
背景技术：
太阳能潜力巨大。40分钟内通过阳光抵达地球的能量，就相当于全世界一年消耗的总能量。仅仅依靠太阳能，就能终结人类社会千年来对化石燃料的依赖，将气候从全球变暖的悬崖边拉回来。我国太阳能光伏产业发展迅猛，已成为世界光伏产业和市场发展最快的国家之一。根据2007年国家发改委发布的《中国可再生能源发展规划》，到2020年，太阳能光伏发电累计装机容量达180万千瓦，占当年全国电力装机容量0.227％。2002年国家启动的“西部省区无电乡通电计划”，总投资26亿元，光伏组件安装16.5MWp(3～7元/度)。预计通过“绿色屋顶”计划，在2006～2020年期间推广应用光伏屋顶发电，总功率达0.8GWp；“大漠电光”计划，总功率1GWp；“无电村通电”计划，功率140～300MWp；“光伏产业腾飞”计划，使太阳能电池年生产能力达100～200MWp，生产成本下降到每峰瓦2美元以下。目前，美国计划用太阳能电站大规模取代燃煤、燃油、燃气电站和核电站，美国西南地区将大面积建造光伏电池。白天产出的多余能量将以压缩空气的形式储存于地下空洞之中，等到夜里再提取释放；并通过直流电力骨干网，将电力传输到美国各地；到2020年，美国光伏发电8400万千瓦(电价6美分)，到2050年，69％的电力和35％的总能量将由太阳能供应(30亿千瓦)，太阳能电价5美分，与美国常规电价相当；从2011～2050年，美国政府预计补贴4200亿美元，以扶持太阳能基础设施建设，让太阳能电力具备价格竞争优势。
比较中美太阳能计划，可以看出美国光伏电站建在太阳能资源丰富但土地贫瘠、对环境不敏感和没有其他利用价值的西南地区。中国太阳能资源最丰富的是地形复杂的青藏铁(公)路西部和环境敏感的青海三江源及宁夏、甘肃北部；而太阳能资源比较丰富，地形不复杂的内蒙、河北、山西、宁夏、甘肃、新疆、云南等又是环境敏感和矿产与粮食及农牧业复合区；中、东部地区和四川的屋顶面积最大、人口密集，但又是太阳能资源较差的地区。研究显示，大规模长距离高压直流输电线传输损失的能量，远低于交流输电线在相同距离上的损耗。而压缩空气储能成本大约是铅蓄电池的一半。这使得美国到2020年，光伏电站的电价仅5～6美分/度，而我国光伏电站电价3～7元/度，是美国的10倍。且到时美国的太阳能光伏发电量是中国的46倍。现在，太阳能光伏发电产业增长迅速，不仅因为它不需要水并且是具有许多优点的清洁能源，一个更诱人的动因是，在太阳能与建筑一体化的过程中，光伏模块与建筑外壳更有亲合力。太阳电池组件可以制成超薄膜、晶体、透明、半透明、不透明的系统。不仅发电，还可以作顶面、墙面材料和发展立体农业生产的“大棚”。数据显示，生态环境恶化的最根本因素之一是气候变化和水土流失，而在环境敏感地区建设太阳能“温室大棚”，不但可以减少气候变化的影响和风蚀、水蚀、冻融的危害，还能使生态系统得到恢复，加上水和肥，就有可能将昔日的沙荒地改造成生产粮食和蔬菜水果的“光伏农场”。
我国应用太阳能“温室大棚”发展立体农业，已有半个多世纪的历史。西藏从1977年试建塑料大棚栽培蔬菜以来，到1990年，已建大棚20多万平方米，立体农业已经成为西藏农民的主要致富门路。30多年前，山西农民利用太阳能暖圈养猪，变“一年养猪半年长”，为“一年养猪长一年”，提高了猪的出槽率。目前，温室养殖已从猪发展到鱼、虾、鸡、牛、羊、蚕、蝎等，极大地促进了农村养殖业的发展。多年来，我国在退化森林、草地以及采矿废弃地等方面的生态修复工作取得了很多成果，然而，实践证明，对三江源、沙化土地、矿产与农牧复合区、盐碱、滩涂与冻土及工程裸地的生态修复工作更关键和紧迫。目前，全国沙化土地面积已达174.3万平方公里，煤炭与耕地资源叠加复合区面积达40.13万平方公里。我国荒草地7.39亿亩，盐碱地1.53亿亩。浅海滩涂22亿亩，东部沿海有5000多万亩海涂，大部分可提供给既利用阳光“发电”又利用阳光“种养”和“居住”的生态修复型“棚舍”使用。虽然中国太阳能资源丰富的地区地形复杂且生态脆弱，比不上一马平川对环境不敏感的美国西南地区。但是，只要我们努力按照科学发展观的要求，从根本上转变经济发展方式，化害为利，就一定能够取得比美国单纯建造光伏电站更好的社会和经济效益，中国目前已经具备了实施国家重大科技专项“光伏农场生态修复工程”的基础。
三江源和青藏铁(公)路及冻土生态修复计划：
青藏高原是世界上海拔最高、面积最大而独特的生态系统类型，然而由于长期对草地的超载过牧，高寒草甸生态系统退化非常严重。突出表现在：草地生产力大幅度下降，产草量由上世纪60年代的15千克/公顷下降到目前的6.7千克/公顷以下；鼠害严重，地下鼠量由过去的0.5～0.7只千克/公顷增加至2只千克/公顷以上；毒杂草比例增加；裸露土地增加，裸露率由过去不到10％增加到现在的30％。东部高寒草甸“三江源”生态系统是黄河、长江、澜沧江等河流的发源地，其环境效应直接关系到中华民族的生存、发展和千秋万代的根本利益，它的生态系统退化必须引起国家的高度重视。青藏铁(公)路的环保工程，最吸引人们眼球的无疑是对野生动物的保护。然而，对高原植被的保护，才是铁路能否真正成为“生态铁路”的根本。青藏铁路要在平地堆垒起长1110公里，高2米以上，底宽7至10米的路基，施工用的取土坑和路基边坡，将成为人工造成的大片无植被覆盖的裸地。如不采取措施，就会加剧高原的草地退化和水土流失，影响野生动物的觅食与繁殖，还会造成宏伟的高原景观破碎化。高原冻土一直是青藏铁路修筑的最大“拦路虎”。青藏高原地处中、低纬度、高海拔地区，太阳辐射十分强烈是该地区的一个重要特征。因此，采用不透明的“光伏大棚”遮挡路堤，既可以“发电”，又可以明显地减少太阳对路堤的辐射，降低路面及路堤的温度，从而能够加强路基，提高道路的安全性，保证铁路的畅通，一举两得。
被誉为“中华水塔”的三江源地区，近年来的生态环境呈恶化趋势。“生态保护与经济开发成了一个难以绕开的问题，不进行开发，当地群众就要过苦日子；进行开发，势必造成三江源的生态破坏。2005年1月《青海三江源自然保护区生态保护和建设总体规划》经国务院批准，2005年8月正式启动实施。规划建设年限从2004年至2010年。项目实施总面积15.23万平方公里，占青海省总面积的21％，占三江源区域总面积的42％，涉及玉树州、果洛州、黄南州、海南州和格尔木市的16县1市70个乡(镇)。规划总投资75.07亿元。根据总体规划，到2010年，国家将累计投资31.27亿元用于三江源自然保护区退牧还草工程，完成退牧还草9658万亩，占可利用草地面积的62％，禁牧期5年；将累计投资5.23亿元治理522万亩的黑土滩(严重退化的草地)。截止2006年底，全国发电装机容量达到62200万千瓦(622GW)，全社会用电量达到28248亿千瓦时。如采用太阳能电站，约需6220平方公里(每平方米按照100W装机)考虑到光伏发电全年平均1500小时(是火力发电的1/3)，光伏电池占地约需1.86万平方公里(2800万亩)。三江源退牧还草9658万亩，治理黑土滩522万亩，总计10180万亩，是光伏电池占地的3.6倍。如光伏电站上网电价以0.5元/度(千瓦时)计算，仅三江源退牧还草1/3占地的“光伏农场”发电收入就达14000亿元。沙地、裸地、盐碱和滩涂的粮食蔬菜水果生产和生态修复计划：
我国天然草原占国土面积的41％，是面积最大的陆地生态系统和绿色屏障。自20世纪50年代以来，我国有19.3万平方公里优良草地被垦，相当于2002年全国保有耕地面积的15％。1986～2000年间，仅内蒙古东部五个盟，新疆、甘肃、宁夏、青海四个太阳能资源比较丰富的省区就有22700平方公里优质草原被开垦。20世纪80～90年代，每年有近百万的各种流动人员进入草原挖甘草、贝母、冬虫夏草，割麻黄，搂发菜，开矿，挖金，挖草皮，樵采，致使大面积草原遭受破坏。2002年我国草原牧区人口比1947年增加3～4倍，草原人口承载量超过国际公认标准的2～3倍以上。人口和牲畜的快速增长，导致草原超强度利用，植被逐渐退化、稀疏，最终成为裸地、沙地或盐碱地。长期以来，人们对沙地的认识存在偏差，多数场合下混同于沙漠。实际上，沙地与沙漠明显不同，沙地的降水量在350～550毫米之间，它的生物生产力和物种多样性都明显高于周围的草原；而荒漠的降水量在150毫米以下，由于沙地风、沙、旱、贫瘠共存，沙地植被一经破坏，其疏松沙质地表在干旱强风的气候条件下，四处飞扬，形成严重的沙尘暴。但是，中国的四大沙地具有破坏容易、恢复也容易的特点，这一点却鲜为人知。中国四大沙地全部位于内蒙古，总面积约15万平方公里，相当于0.6个英国，4个台湾。19.3万平方公里被垦优良草地和15万平方公里沙地，加上1.53亿亩盐碱地和5000多万亩沿海海涂，总计达到7亿多亩，扣除复合区域和太阳能资源较差的地区，至少有5亿亩可以改造成发电和生产粮食蔬菜水果的“光伏农场”，等于增加了5亿亩耕地。如种玉米和大豆，等于把全国的玉米和大豆总产量“翻了一番”。
矿产与粮食及农牧业复合主产区生态修复计划：
我国太阳能资源比较丰富的地区大部分也是煤炭资源丰富的地区。据测算：仅煤炭资源与耕地资源分布复合区域面积就占我国耕地总量的40％以上，其中煤炭保有资源量与耕地资源的复合区域超过了我国耕地面积的10％；我国13个粮食主产省中的12个也同时是煤炭主产省，煤炭生产排名前8位的省份中有7个是粮食主产省，这7个省人口占全国37％，耕地占全国38％，建国以来累计生产原煤占全国总产量的58％，2002年粮食产量占全国粮食总产量的45％。在矿产与粮食复合主产区，存在基本农田保护和矿产资源开发之间的矛盾。此外，矿产资源开发对区域生态环境也造成严重的破坏和污染，也直接影响粮食的数量和质量以及人体的健康。因此，“要粮食还是要矿产”已经成为我国亟需规划与平衡的重大现实问题。此外，矿产资源开发对区域生态环境造成严重的破坏和污染，也直接影响粮食的数量和质量以及人体的健康。因此，加强矿产与粮食及农牧业复合主产区生态修复，已经成为事关中国粮食安全、能源安全、生态安全、环境安全、社会安全和实现可持续发展战略的迫切需求。据统计，中国受到采矿业影响的土地大约有300万公顷，如果用受采矿业影响土地总量的60％发展生态修复型的“光伏农场”，那么中国每年不但可以新增发电量达到28344亿千瓦时(“翻了一番”)，同时，每年的粮食产量也会得到大大的提高。
发展具有中国特色的太阳能蓄能与电力输送平衡装置：
“光伏发电”在阴天和夜晚几乎发不了电，必须与蓄能与电力平衡装置相结合。假如利用地下空洞、水库电站、废弃矿坑、含水土层和资源枯竭气井等蓄能装置(如压缩空气蓄能、抽水蓄能、超级电容、蓄电池、制氢蓄能等)光伏就成了一个稳定可靠的能源。美国的光伏计划主要采用“压缩空气蓄能”。美国电力研究所和天然气业界共同绘制的地图显示。地质构造适合建造压缩空气储能站的地区占美国国土面积的75％，且往往靠近大都市。事实上，压缩空气储能系统与美国的天然气存储系统非常类似。天然气业界在400个地下贮存库中存储的天然气总量达到2,300亿立方米。美国西南地区光伏电站生产的电力，将通过高压直流输电线输送到全国各地的压缩空气储能站，那里的涡轮发电机再不分昼夜地生产电力。中国南涝北旱，仅有34％的土地是平坦的。山地面积达总面积的33％，高寒多雨，近70％县区分布于山区。河流总长达43万公里，天然湖泊多达24900个。水库是应对全球气候变暖，防止干旱的有效途径之一。气候变暖，导致蒸发加速，空气循环和流动快，这样下雨时说下就下，而且来得很猛烈，干旱时也就很旱。应对这种局势的有效途径，就是适当地修建水库。因为，只有水库在洪涝发生时，可以起到防洪的作用，在干旱发生时，可通过放水，适当地进行调节。所以中国不但要大小结合搞“压缩空气蓄能”还要搞“抽水蓄能”。
抽水蓄能电站分纯抽水蓄能电站和混合式两种。电力具有发、供、用同时完成的特性。一般抽水蓄能电站为上、下水库，压力管道，电站厂房，交通洞，尾水洞等。其能承担调峰、填谷、调频、调相和事故备用等职能。抽水蓄能电站有一个建在高处的上水库(上池)和一个建在电站下游的下水库(下池)。抽水蓄能的机组能起到作为一般水轮机的发电作用和作为水泵将下池的水抽到上池的作用，在电力系统低谷负荷时，抽水蓄能电站的机组作为水泵运行，往上池蓄水.在高峰负荷时，作为发电机组运行，利用上池的蓄水发电，送到电网。抽水蓄能电站装有可以兼做水泵和水轮机的抽蓄机组，在电力低谷负荷时利用系统多余电能由机组把下水库的水抽到上水库储存，在电力系统尖峰负荷时将上水库的水放下由机组发电的。中国于60年代在岗南水电站安装了13MW抽水蓄能机组；70年代制造了2台13MW蓄能机组，安装在密云水电站；在潘家口水电站安装了3台90MW抽水蓄能机组，首台机组于1991年6月30日正式投运。在建的广州蓄能电站，设计水头510m，装机4台300MW(第一期)。北京十三陵抽水蓄能电站设计水头430m，装机4台200MW。至2005年底，全国(不计台湾)已建抽水蓄能电站总装机容量达到6122MW，遍布全国14个省市。增长率要高于世界，装机容量跃进到了世界第5位，目前在建的抽水蓄能电站装机容量约11400MW，预计至2010年，这些电站都将建成，到时抽水蓄能电站总装机容量可达到17500MW。
压缩空气蓄能包括枯竭油气藏、含水层、盐穴和矿坑等四种类型。经过50多年的发展已经成为一种成熟的应用技术。目前全世界共有地下储气库542个，储气能力已相当于全世界每年消耗天然气量的11％。美国的地下储气库多达393个，其储存的天然气已能满足其同期天然气总需求量的1/3。美国太阳能计划主要是利用大城市附近的大型“盐穴天然气库”搞“压缩空气蓄能”。同时也搞含水土层。中国地下储气库从1975年大庆喇嘛甸储气库建成已有30多年的历史。中国的地下岩盐资源丰富，具备盐穴蓄能的有利条件。在华东的江苏、安徽、山东，四川、陕西、湖北、河南均有大型盐矿。2007年为“西气东输”管线调峰、安全供气，在金坛搞了一个地下盐穴储气库。从此“盐穴储气库”看，在中国利用盐穴建设“太阳能压缩空气蓄能库”，需要解决复杂构造储气库的建库控制技术、薄盐层建库的造腔工艺技术、水平溶腔的造腔控制技术以及低含量多夹层盐层的腔体设计与运行优化等问题。中国发展含水层和矿坑蓄能库的潜力也很大。利用含水层作为蓄能库的缺点是，多孔耐水岩石必须在地下足够深，才能提供使涡轮运转的压力，并且还要有一个圆顶状的岩石盖层来保护气泡状的压缩空气。含水层蓄能库将地下的砂岩含水层变为一个储存太阳能的巨大电池。白天，太阳能产生的富余电能将空气压缩后，注入到含水层中，产生一个巨大的受压气泡；夜间，用电需求量增加时，这些压缩空气被导入涡轮发电机转化为电能。
发明内容：
本实用新型的目的在于提供一种结构合理，能充分利用光伏发电，将发电、种养一体化的发电种养一体化生态修复型太阳能光伏农场棚舍。
本实用新型的技术解决方案是：
一种发电种养一体化生态修复型太阳能光伏农场棚舍，其特征是：包括内部种养农作物、家养动物的棚舍，棚舍的墙壁、屋顶设有光伏发电装置，光伏发电装置与蓄能、电力平衡发电装置连接。
在所述棚舍近侧，设有铁路或公路光伏模块棚。
本实用新型结构合理，能充分利用光伏发电，将发电、种养一体化。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型一个实施例的结构示图。
具体实施方式：
一种发电种养一体化生态修复型太阳能光伏农场棚舍，包括内部种养农作物、家养动物的棚舍1，棚舍1的墙壁、屋顶设有光伏发电装置2，光伏发电装置与蓄能、电力平衡发电装置3连接。在所述棚舍1近侧，设有铁路或公路光伏模块棚4。