沙漠地区光伏电站典型格状沙障防风固沙综合效益评估

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00135

摘要/Abstract

摘要：

在沙漠地区大规模建设光伏电站，光伏板下区域常因地表扰动与风场变化发生次生风蚀与积沙问题，严重影响生态恢复与工程运维安全。为探究不同类型机械沙障在光伏场区内的防风固沙效益，本研究以库布齐沙漠光伏电站为试验区，选取草方格、可降解聚乳酸（PLA）和高密度聚乙烯纱网（纱网）3类典型格状沙障，分析不同风速条件下的近地风速廓线、地表粗糙度及摩阻流速，系统评估沙障类型对风速调控及地表稳定性的影响。结果表明：（1）3种沙障在0~20 cm近地层均显著削弱风速，其中纱网沙障在10 cm高度处防风效能最好，高达50%；（2）沙障铺设显著提高了地表粗糙度，增强了风速剪切阻力，其中草方格沙障表现更为明显；（3）各类沙障均能有效提升摩阻流速，在7.85~12.03 m·s^-1风速条件下平均提升幅度在30%~68%；（4）200 MW光伏电站内铺设沙障措施可使平均年发电损失率降低到2.9%，3种沙障措施下的板面清洗费用年平均减少9.73万元。经济性评估表明，草方格沙障具备成本低、材料来源广泛的优势，纱网沙障则兼具高效减风与耐久性，PLA沙障凭借其良好的贴地性能，固沙效果突出。

关键词: 库布齐沙漠, 光伏电站, 风蚀, 机械沙障, 经济效益

Abstract:

During the large-scale construction of photovoltaic （PV） power stations in desert regions， the areas beneath the panels often experience secondary wind erosion and sand accumulation due to ground surface disturbance and altered wind flow patterns. These issues seriously threaten ecological recovery and the safety of operational maintenance. To evaluate the windbreak and sand-stabilizing effects of different types of mechanical sand barriers in PV fields， this study selected three typical sand barriers， straw checkerboard， degradable polylactic acid （PLA）， and high-density polyethylene （mesh）， within a PV power station located in the Hobq Desert as the experimental site. The wind speed profile near the surface， surface roughness， and friction velocity under varying wind conditions were analyzed to systematically examine the influence of sand barrier type on wind speed modulation and surface stability. The results indicated that：（1） All three types of sand barriers significantly reduced wind speed within the 0-20 cm near-surface layer， with the mesh barrier showing the highest wind reduction efficiency up to 50% at the 10 cm height. （2） The installation of sand barriers markedly increased surface roughness and enhanced wind speed shear resistance， with the straw checkerboard demonstrating particularly notable effects. （3） All sand barriers effectively increased the friction velocity， with an average improvement ranging from 30% to 68% under wind speeds between 7.85 m·s^-1 and 12.03 m·s^-1. （4） Implementing sand barrier measures in the 200 MW PV power station reduced the average annual power generation loss rate to 2.9%. Furthermore， the annual panel cleaning costs were reduced by an average of ¥97 300 with the installation of the three types of sand barriers. Economic evaluation revealed that straw checkerboard barriers offer advantages such as low cost and wide material availability， whereas mesh barriers combine high wind reduction efficiency with durability. PLA barriers exhibited exceptional sand-fixing performance owing to their superior ground conformity. The findings provide a theoretical basis and technical support for controlling secondary wind-sand hazards in PV power stations situated in sandy areas.

Key words: Hobq Desert, photovoltaic power station, wind erosion, mechanical sand barriers, economic benefits

中图分类号:

P931.3

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图/表 9

图1 研究区地理位置注：基于自然资源部标准地图服务网站标准地图（审图号：GS（2024）0650）制作，底图边界无修改

Fig.1 Geographical location of the study area

图2 研究区风向玫瑰图

Fig.2 Wind rose diagram in the study area

图3 不同风速下不同沙障内风速廓线

Fig.3 Wind speed contours in different sand barriers at different wind speeds

图4 不同类型沙障内的地表粗糙度

Fig.4 Soil roughness within different sand barrier measures

图5 不同类型沙障内的摩阻流速

Fig.5 Frictional flow velocity within different sand barrier measures

图6 不同材质沙障的防风效能

Fig.6 Wind protection effectiveness of different materials of sand barriers

图7 不同类型沙障内土壤水分变化

Fig.7 Soil moisture changes within different sand barriers

表1 3种沙障基本参数

Table 1 Basic parameters of three types of sand barriers

沙障种类	材质	障体高度/cm	每公顷价格/元
纱网沙障	抗老化聚乙烯polyethylene	15~18	16 500
PLA沙障	生物基可降解聚乳酸	8~13	14 850
草方格沙障	芦苇、稻草	15~18	8 550

图8 不同沙障铺设后的板面年清洗费

Fig.8 Annual cleaning cost of slabs after laying of different sand barriers

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