九月的腾格里沙漠南缘,一场秋雨刚刚收住。中国外文局记者走进甘肃省武威市九墩滩光伏电站,眼前是一片出乎意料的景象:被雨水洗得透亮的光伏板阵列中绿意连绵,白刺灌丛撑开饱满的绿冠,梭梭的肉质嫩枝泛着油亮的光泽,沙拐枣向四周层层撑出枝条……
谁能想到,这片绿意背后曾是一片植被覆盖率不足5%的流动沙丘。武威市地处黄土、青藏、蒙新三大高原交汇地带,荒漠化、沙漠化土地面积分别占国土面积的64.2%、46.7%,是全国荒漠化最严重的地区之一。正因如此,这片光伏场区被赋予了特殊的科研使命。
所谓“沙戈荒”,是沙漠、戈壁和荒漠的简称。这片曾经被视为“死亡之海”的土地,蕴藏着极为丰富的太阳能和风能资源,是我国新能源开发的主战场。然而,这里风沙危害严重、生态环境脆弱,沙埋光伏板、磨蚀设备、积尘降低发电效率,给工程建设和长期运维带来了严峻考验。如何防沙治沙、如何修复生态,仍面临许多尚未系统解答的关键技术问题。
2024年,中国华电集团有限公司(以下简称华电集团)立项“沙戈荒新能源大基地防沙治沙与生态修复关键技术研究”重点科技项目,中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司(以下简称中电建北京院)承接技术攻关,组建起一支多专业科研团队。至此,一场无声的“攻防战”持续两年多。攻方是肆虐千年的流沙,守方是一群手握数据的科研人员。
三种“考场”里答卷
然而,这场“攻防战”的难点在于,对手不是单一的敌人,而是一整套相互牵制的自然系统。
“光伏板一旦铺开,原本开阔的沙地就变成了一套光伏阵列、荒漠生态、发电运行三者耦合的复杂系统。” 中国电建北京院“沙戈荒新能源大基地防沙治沙与生态修复关键技术研究”设计总工程师马世军在接受中国外文局《中国报道》记者采访时说,光伏板重塑了近地表的风场、光场与水分再分配,风沙运动与植被演替又成为多要素长期耦合的过程。
正因为这套系统牵涉要素太多,再精密的风洞模拟和数值模型,也必须经过真实环境、完整周期的现场检验。“把试验做在一线,就是要打通从实验室到工程化的关键链条,用实测数据替代经验判断。”马世军说。
但外场试验不能只在一个地方做。“脚下的地不一样,风沙的脾气也不一样,防治办法自然也得跟着变。”马世军解释道,在甘肃,不同地区的沙戈荒立地条件差别甚远。为此试验分散在九墩滩电站、陇玉电站、民勤电站三个基地,把西北荒漠流动沙丘、盐质荒漠和砾质荒漠三种最典型的“脾气”都覆盖到。
据中国电建北京院“沙戈荒新能源大基地防沙治沙与生态修复关键技术研究”项目总策划谭奇林介绍,地处流动沙丘区的九墩滩电站,沙源充足、沙丘移动快,沙埋是核心风险;坐落于盐质荒漠的陇玉电站,土壤盐渍化程度高、地表疏松,难点在于人为扰动易引发盐尘与扬尘混合释放。属于砾质荒漠地貌的民勤电站,整体沙源偏少,但砾石在风裹挟下如同砂纸,对光伏组件和设备的磨损作用极强。
“如果只在一个地方做试验,得出的方案就可能水土不服。在流动沙丘好用的办法,搬到盐碱地未必管用。所以我们必须因地制宜、因害设防,在三种‘考场’里分别答卷。” 谭奇林说,未来不管光伏板建在何种荒漠上,都有与之对应的技术方案。而这也是华电集团在项目立项时就反复强调的:研究成果要能真正服务于大基地的规模化建设,而不是只做成一个中看不中用的“盆景”。
打出系统诊疗的组合拳
通过调研九墩滩电站、陇玉电站、民勤电站三个基地的试验场,记者发现,试验场内风沙输移观测区、发电效率观测区、新材料区、植物配置区、水资源区、技术集成区等六个板块分工细致又彼此关联。
“我们把整个试验想象成给沙戈荒‘看病’的一套系统诊疗方案。”中国电建北京院“沙戈荒新能源大基地防沙治沙与生态修复关键技术研究”项目经理何昱璇打了个比方,风沙输移观测区、发电效率观测区是诊断病情;新材料区、植物配置区、水资源区是负责开药方;技术集成区则是综合治疗。
“最终目的很明确,就是要拿出一套从诊断到治理、从单项技术到集成模式的系统方案,而且是在三种立地条件下都验证过的,为沙戈荒大基地的风沙防护和生态修复提供科学依据和技术支撑。”何昱璇说。
沙漠里本来就长着沙生植物,为什么还要专门做引种试验?马世军解释,原生植被的分布和密度往往达不到光伏电站防护所需的规模,更关键的是,不是所有沙生植物都适合在光伏板下、板间这种特殊微环境里生长。
“光伏板会遮阴,会改变板下的风速和水分分布,这跟开阔的沙地完全不一样。” 中国电建北京院“沙戈荒新能源大基地防沙治沙与生态修复关键技术研究”施工项目经理路利斌告诉中国外文局《中国报道》记者。
路利斌表示,团队从西北沙区广泛收集引种了梭梭、花棒、白刺、柽柳、霸王、沙木蓼、沙拐枣等40多种沙生植物,种到试验地里接受严格的“考试”。
“考什么?我们从成活率,生长速度和固沙能力,耗水量抗风蚀能力,以及和光伏区微环境的协同关系等四项关键指标考核未来生态修复的‘主力队员’。”路利斌说,“不看单科状元,看综合素质。”
“这场‘选秀’持续了一整年,结果有惊喜也有遗憾。”根据项目所属风沙观测小组赵鑫岗的观察,白刺的表现最让团队振奋,根系深入地下,地上部分矮小,既固沙又不遮挡光伏板,十分契合电站需求。梭梭、沙拐枣、花棒长势也好,但后期地上部分较高,需要修剪才行。黑果枸杞和罗布麻则基本不适应电站条件,成活率极低,“数次补植都失败了,简直让人无语又无奈。”赵鑫岗说。
一组试验数据尤为关键。在无灌溉条件下,沙拐枣、沙木蓼和柽柳的成活率均在70%以上;在选取合理的灌溉方式和制度基础上,每亩每年65立方米水,成活率超过80%。但光伏板下的微环境也带来挑战,全光照区成活率超75%,板下重度遮阴区仅40%到50%。团队据此按光环境梯度“适地适绿”,在不同光照条件下配置不同的植物组合。
而且不同电站的“考题”不一样。据项目所属技术集成小组李青介绍,九墩滩风大沙猛,优先选择抗风蚀、耐沙埋的;陇玉优先选择耐盐的植物;民勤相对缺水,则选择更耐旱的植物。
如今,团队将梭梭、白刺等耐旱植物按群落模式配置种植,形成不同数量组合的阻沙带与固沙带,结合风洞实验模拟,初步找出电站外围区域采取4条阻沙带与1条固沙带的搭配模式具有最优防沙表现。
项目所属植物生态小组赵丽君说:“我们不只看成活率一个数字,更要看耗水、抗风蚀能力,以及和光伏区微环境的协同关系。现在试验还在持续,我们正在积累一个完整生长周期的数据,让结论更扎实。”
把论文写在祖国的沙戈荒上
植物配置只是这场“系统诊疗”的一环。站在腾格里沙漠与九墩滩光伏基地的交界处,试验场区的防护体系已颇为直观。最外围,高立式栅栏拦阻着过境沙源;板阵之间,固沙方格把风速逐级削弱;光伏板下,覆网与粉煤灰颗粒锁固着松动的沙面。
“经过两年多的持续攻关,目前甘肃大基地现场试验工程已经完成了主要试验设施的布设。植物生态小组、工程固沙小组、风沙观测小组等都在按计划开展持续观测和数据采集。”马世军说,此外,基于当前的试验,项目形成了‘一个体系、多类材料、一套水技术、一张智能网’的技术集群,而且仍在持续迭代。
其中,针对流沙埋压这一核心威胁,项目创新构建了光伏试验场区外拦、中阻、内锁梯次联动,工程固沙+植物修复+雨水集蓄利用+智能监测+综合效益评估+生态产业融合六位一体综合治理,一体化实施的立体精准综合防护体系,并可快速复制落地。
此外,在材料方面,坚持高新材料与就地取材并重,一方面研发高分子新型沙障、可降解沙障和生物基固沙剂,另一方面用当地盛产的芨芨草扎设方格,还同步攻关煤基固废材料,实现以废治沙、变废为宝。“一套水技术”是集雨+储水+根际滴灌低耗水植被建植技术,配套以水定绿的灌溉制度,把生态用水量压到最低;“一张智能网”是覆盖风沙、土壤、植被、发电的全域感知网络加AI治沙大模型,输入当地气象、水土、立地条件,即可自动输出定制化修复方案,把专家经验沉淀为可复制、可迭代的数据资产。
与此同步,一条产业融合的路径也在铺开,以发电收益反哺生态运维,板间种植沙生经济作物,回收板面清洗水资源用于灌溉,推动花钱治沙向治沙获益转变。
这些来自沙漠一线的实测数据和技术方案,正在转化为行业标准。2026年6月,国家林草局发布《光伏治沙技术规范》(LY/T 3470-2026),9月1日起正式实施。该规范由全国荒漠化防治标准化技术委员会归口,华电集团和北京院均是主要起草单位,杨宏伟、谭奇林、马世军也是主要起草人之一。规范明确了“生态优先、治沙为主”“统筹规划、分类施策”的基本原则,以水资源为刚性约束,涵盖光伏治沙项目从规划、设计、建设到运维的全流程技术要求。
从试验田到行业标准,这条转化路径已经实现部分落地。
华电甘肃九墩滩光伏治沙项目负责人郑三国在接受中国外文局《中国报道》记者采访时说,在实际推进九墩滩、陇玉、民勤三个基地光伏治沙项目时,九墩滩70万千瓦项目按风沙运动规律划分外围防风阻沙区、内部流沙固定区,差异化布设草方格;民勤红沙岗项目则是乔灌草搭配、阻固养结合,陇玉等戈壁区域项目为近自然恢复、板下遮阴节水增汇。“我们的核心是把沙戈荒基地建成发电、固沙、增绿、富民于一体的综合体。”郑三国说。
在以往的防沙治沙基础上,华电甘肃还牵头实施全国首个针对沙戈荒大基地生态修复与新能源开发协同发展系统化关键技术科研项目,为沙戈荒新能源开发与生态修复协同提供可复制依据,服务国家大型风光基地建设和“三北”工程。
郑三国介绍,华电甘肃目前推进的现场试验—典型示范—行业引领“三步走”战略中,现场试验已于2025年9月在九墩滩完成施工,并形成国内首个《沙戈荒新能源大基地防沙治沙与生态修复指导意见》,应用于甘肃、青海、宁夏等地。而正在推进的典型示范聚焦工程、产业融合、效益评估,打通研发—验证—落地链路,实现蓝海、金沙、绿洲融合治理。
更值得关注的是,按照巩固当下、发展未来的行业引领思路,九墩滩70万千瓦光伏项目植被覆盖率稳定在70%以上的成熟经验,正融入腾格里沙漠已经开工的300万千瓦光伏项目。
不过,试验仍在继续。“更多结论需要完整观测周期来验证,更多技术仍在迭代。”马世军说,“每一组数据、每一株苗木,都是在为沙戈荒的绿色未来积蓄力量。我们会继续把试验做下去,把论文写在祖国的沙戈荒上。”
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