光伏+矿山生态修复模式的减碳增汇潜力评估

doi:10.13287/j.1001-9332.202405.022

应用生态学报 ›› 2023, Vol. 35 ›› Issue (5): 1379-1387.doi: 10.13287/j.1001-9332.202405.022

光伏+矿山生态修复模式的减碳增汇潜力评估

钟蕊^1,2, 王娇月^2,3,4, 徐婷婷^2,3,4, 郗凤明^2,3,4*, 韩美¹, 胡琴琴^2,3,4, 邴龙飞^2,3,4, 尹岩^2,3,4

¹山东师范大学地理与环境学院, 济南 250358;
²中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016;
³中国科学院污染生态与环境工程重点实验室, 沈阳 110016;
⁴辽宁省陆地生态系统碳中和重点实验室, 沈阳 110016

收稿日期:2023-10-27 接受日期:2024-03-14 出版日期:2024-05-18 发布日期:2024-11-18
通讯作者: *E-mail: xifengming@iae.ac.cn
作者简介:钟蕊, 女, 1997年生, 硕士研究生。主要从事矿区新能源开发研究。E-mail: 2021020777@stu.sdnu.edu.cn
基金资助:
中国科学院沈阳应用生态研究所重大项目(IAEMP202201)、中国科学院青年创新促进会会员项目(2020201,Y202050)和辽宁省自然科学基金面上基金项目(2022-MS-031)

Assessment of carbon reduction and sink enhancement potential of photovoltaic+mining ecological restoration model

ZHONG Rui^1,2, WANG Jiaoyue^2,3,4, XU Tingting^2,3,4, XI Fengming^2,3,4*, HAN Mei¹, HU Qinqin^2,3,4, BING Longfei^2,3,4, YIN Yan^2,3,4

¹College of Geography and Environment, Shandong Normal University, Jinan 250358, China;
²Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China;
³Key Laboratory of Pollution Ecology and Environment Engineering of Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China;
⁴Liaoning Province Key Laboratory of Terrestrial Ecosystem Carbon Neutrality, Shenyang 110016, China

Received:2023-10-27 Accepted:2024-03-14 Online:2024-05-18 Published:2024-11-18

摘要/Abstract

摘要： 光伏+生态修复的能源化矿山生态修复模式为纾解光伏发展用地困境、解决大面积矿山废弃地亟待修复的需求提供了突破口。本研究以辽宁省中部某矿区为例,构建林光互补、农光互补和草光互补3种光伏+矿山生态修复模式,结合生命周期评价方法,核算光伏发电系统碳减排量和生态系统增汇量,评估光伏+矿山生态修复的减碳增汇潜力。结果表明:光伏+矿山生态修复模式下,矿山年均减碳增汇量为514.93 t CO₂·hm^-2,每兆瓦光伏电站年均减碳量为1242.94 t CO₂。该矿区若采用光伏+生态修复模式,25年计入期内减碳增汇总量630.43～779.24万t CO₂。光伏+矿山生态修复模式的减碳增汇量主要源于光伏清洁发电产生的碳减排,占比96.4%～99.4%,生态系统增汇量贡献较小,仅占总量的0.6%～3.7%。光伏+不同修复模式下的减碳增汇潜力不同,其中,林光互补减碳增汇潜力最大(711.89万t),其次为农光互补(704.07万t),草光互补减碳增汇潜力最小(697.98万t)。构建“光伏+矿山生态修复”模式可有效发挥光伏发电的减碳及矿山生态修复的增汇双重效益,助力我国碳中和目标实现。

关键词: 光伏发电, 矿山生态修复, 生态系统固碳, 新能源碳减排, 生命周期评价

Abstract: The energy oriented mine ecological restoration mode of photovoltaic+ecological restoration provides a breakthrough for alleviating the dilemma of photovoltaic land development and solving the urgent need for restoration of abandoned mining land. Taking a mining area in central Liaoning Province as an example, we established three photovoltaic+mining ecological restoration modes, including forest-photovoltaic complementary, agriculture-photovoltaic, and grass photovoltaic complementation. Combined with the life cycle assessment method, we calculated and assessed the potential of photovoltaic+mining ecological restoration in carbon reduction and sink enhancement. The average annual carbon reduction and sink increase was 514.93 t CO₂·hm^-2 under the photovoltaic+mining ecological restoration mode, while the average annual carbon reduction per megawatt photovoltaic power station was 1242.94 t CO₂. The adoption of photovoltaic+ecological restoration mode in this mining area could make carbon reduction and sink enhancement 6.30-7.79 Mt CO₂ during 25 years. The carbon reduction and sink increment mainly stemmed from the photovoltaic clean power generation induced carbon reduction, accounting for 96.4%-99.4%, while the contribution of ecosystem carbon sink increment was small, accounting for only 0.6%-3.7% of the total. Among different photovoltaic+ecological restoration modes, the carbon reduction and sink increment was the largest in forest-photovoltaic complementary (7.11 Mt CO₂), followed by agriculture-photovoltaic (7.04 Mt CO₂), and the least in grass photovoltaic complementation (6.98 Mt CO₂). Constructing the development mode of “photovoltaic+mining ecological restoration” could effectively leverage the dual benefits of reducing emissions from photovoltaic power generation and increase sinks from mining ecological restoration, which would be helpful for achieving the goal of carbon neutrality in China.

Key words: photovoltaic power generation, mine ecological restoration, carbon sequestration of ecosystem, new energy carbon reduction, life cycle assessment

钟蕊, 王娇月, 徐婷婷, 郗凤明, 韩美, 胡琴琴, 邴龙飞, 尹岩. 光伏+矿山生态修复模式的减碳增汇潜力评估[J]. 应用生态学报, 2023, 35(5): 1379-1387.

ZHONG Rui, WANG Jiaoyue, XU Tingting, XI Fengming, HAN Mei, HU Qinqin, BING Longfei, YIN Yan. Assessment of carbon reduction and sink enhancement potential of photovoltaic+mining ecological restoration model[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2023, 35(5): 1379-1387.

参考文献

[1] 国际能源署. 全球能源回顾: 2021碳排放报告[EB/OL]. (2022-02-28) [2023-06-30]. https://www.irena.org/
[2] 田其云, 张明君. “双碳”目标下矿山修复规划制度的创新. 中国人口·资源与环境, 2022, 32(12): 41-51
[3] 王双明, 刘浪, 赵玉娇, 等. “双碳”目标下赋煤区新能源开发:未来煤矿转型升级新路径. 煤炭科学技术, 2023, 51(1): 59-79
[4] 邹才能, 熊波, 薛华庆, 等. 新能源在碳中和中的地位与作用. 石油勘探与开发, 2021, 48(2): 411-420
[5] 国务院办公厅. 《国务院办公厅转发国家发展改革委国家能源局关于促进新时代新能源高质量发展实施方案的通知》[EB/OL]. (2022-05-30) [2023-09-30]. https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-05/30/content_5693013.htm
[6] 刘明明. “ 双碳” 目标下可再生能源发展规划实施的用地困境及其纾解. 中国人口·资源与环境, 2022, 32(12): 21-30
[7] 韩梦瑶, 熊焦, 刘卫东. 中国光伏发电的时空分布、竞争格局及减排效益. 自然资源学报, 2022, 37(5): 1338-1351
[8] 王佳欢, 杨新兵, 刘彦林, 等. 石灰岩弃渣与农田土复配土壤水分蒸发及覆盖物保水性能. 水土保持学报, 2022, 36(5): 369-376
[9] 李丽, 杨金中, 陈栋, 等. 长江经济带江苏段废弃露天矿山分布与生态修复遥感调查研究. 水文地质工程地质, 2022, 49(1): 183-190
[10] 袁亮, 姜耀东, 王凯, 等. 我国关闭/ 废弃矿井资源精准开发利用的科学思考. 煤炭学报, 2018, 43(1): 14-20
[11] 卞正富, 于昊辰, 韩晓彤. 碳中和目标背景下矿山生态修复的路径选择. 煤炭学报, 2022, 47(1): 499-459
[12] 何振嘉, 罗林涛, 杜宜春, 等. 碳中和背景下矿区生态修复减排增汇实现对策. 矿产综合利用, 2022(2): 9-14
[13] 全师渺, 郗凤明, 王娇月, 等. 在矿山废弃地上发展可再生能源的潜力: 以辽宁省为例. 应用生态学报, 2019, 30(8): 2803-2812
[14] 龚道仁, 陈迪, 袁志钟. 光伏发电系统碳排放计算模型及应用. 可再生能源, 2013, 31(9): 1-4
[15] 李俊超, 党廷辉, 薛江, 等. 植被重建下露天煤矿排土场边坡土壤碳储量变化. 土壤学报, 2015, 52(2): 453-460
[16] 闵志强, 胡云云, 刘友林, 等. 延安市林草光伏互补建设空间适宜性及固碳减排效益研究. 西北林学院学报, 2023(5): 1-10
[17] 贺丽洁, 程凯, 王珂钰, 等. 生产性理念下矿业废弃地的绿色更新探索: 以北京门头沟区王平矿废弃地为例. 规划师, 2021, 37(23): 53-58
[18] 孙海悦, 李亚东. 世界蓝莓育种概述. 东北农业大学学报, 2014, 45(9): 116-122
[19] 张琪静, 谷大军, 艾佳音, 等. “俄8”樱桃高接后的生长结果表现. 北方果树, 2021(6): 20-21
[20] 丁玉萍, 王梦泽, 刘宇欣, 等. 软枣猕猴桃产品开发及利用研究进展. 食品与发酵工业, 2023, 49(6): 308-314
[21] 李建兴, 何丙辉, 谌芸. 不同护坡草本植物的根系特征及对土壤渗透性的影响. 生态学报, 2013, 33(5): 1535-1544
[22] 马会萍, 彭正锋, 冀含乐, 等. 牡丹的食用价值及食用牡丹栽培技术. 特种经济动植物, 2023, 26(5): 128-132
[23] 刘政安. 油用牡丹产业关键技术创新与应用. 北京: 中科合创(北京)科技成果评价中心, 2021
[24] 栗峰, 丁杰, 周才期, 等. 新型电力系统下分布式光伏规模化并网运行关键技术探讨[EB/OL]. (2023-07-14) [2023-07-14]. https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.0771
[25] 自然资源部. 《光伏发电站工程项目用地控制指标》等3项行业标准报批稿公示[EB/OL]. (2022-12-05) [2023-06-18]. http://gi.mnr.gov.cn/202212/t20221205_2769519.html
[26] 中国气象局风能太阳能中心. 2022年中国风能太阳能资源年景公报[EB/OL]. (2023-04-28) [2023-07-04]. https://www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xqxxw/2011xqxyw/202204/t20220429_4796829.html
[27] 中华人民共和国工业和信息化部. 光伏制造行业规范条件(2021年本)[EB/OL]. (2018-01-15) [2022-07-03]. https://wap.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/gg/art/2021/art_24b585fce0f64c98be8efe14e0446458.html
[28] 国家发改委. 可再生能源并网发电方法学(CM-001-V02) (第二版) [EB/OL]. (2016-03-01) [2023-09-15]. https://cdm.ccchina.org.cn/archiver/cdmcn/UpFile/Files/Default/20160303093516686376.pdf
[29] 生态环境部. 2019年度减排项目中国区域电网基准线排放因子[EB/OL]. (2020-12-29) [2023-06-29]. https://www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202012/t20201229_815386.shtml
[30] Hou GF, Sun HH, Jiang ZY, et al. Life cycle assessment of grid-connected photovoltaic power generation from crystalline silicon solar modules in China. Applied Energy, 2016, 164: 882-890
[31] 余健, 房莉, 卞正富, 等. 土壤碳库构成研究进展. 生态学报, 2014, 34(17): 4829-4838
[32] Holmes A, Karin M, Clothier B, et al. Carbon sequestration in Kiwifruit Orchard Soils at depth to mitigate carbon emissions. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2015, 46: 122-136
[33] Nemeth D, Lambrinos JG, Strik BC. The effects of long-term management on patterns of carbon storage in a northern highbush blueberry production system. Science of the Total Environment, 2017, 579: 1084-1093
[34] 邵传可. 不同管理模式下人工苜蓿地固碳效应分析. 硕士论文. 西安: 西安科技大学, 2013
[35] 孙天晴, 张文, 于家伊, 等. 长期施用有机源土壤调理剂对果园土壤的影响: 以草莓和苹果种植区为例. 现代农业科技, 2022(5): 142-146
[36] 孙中元, 官静, 苏爱锋, 等. 基于GIS的森林生态系统固碳释氧功能评估: 以烟台市为例. 林业与生态科学, 2020, 35(4): 405-413
[37] 李波, 张俊飚. 基于投入视角的我国农业碳排放与经济发展脱钩研究. 经济经纬, 2012(4): 27-31
[38] Liu YQ, Gao Y. Measurement and impactor analysis of agricultural carbon emission performance in Changjiang economic corridor. Alexandria Engineering Journal, 2022, 61: 873-881
[39] 段华平, 张悦, 赵建波, 等. 中国农田生态系统的碳足迹分析. 水土保持学报, 2011, 25(5): 203-208
[40] 何晓梅, 谢华林, 阳幼华. 电感耦合等离子质谱法测定古汉养生精中铅砷镉铬镍. 理化检验: 化学分册, 2007(5): 369-371
[41] Zhang FT, Chen X, Yao SH, et al. Responses of soil mineral-associated and particulate organic carbon to carbon input: A meta-analysis. Science of the Total Environment, 2022, 829: 154626
[42] 徐明岗, 李然, 孙楠, 等. 施用有机肥煤矿复垦耕地有机碳的固持效率及组分变化. 植物营养与肥料学报, 2022, 28(12): 2143-2151
[43] 卞正富, 伍小杰, 周跃进, 等. 煤炭零碳开采技术. 煤炭学报, 2023, 48(7): 2613-2625
[44] 原野, 赵中秋, 白中科, 等. 露天煤矿复垦生态系统碳库研究进展. 生态环境学报, 2016, 25(5): 903-910
[45] 田福平, 师尚礼. 紫花苜蓿草地土壤碳密度年际变化研究. 草原与草坪, 2015, 35(6): 8-13
[46] 王涛, 王得祥, 郭廷栋, 等. 光伏电站建设对土壤和植被的影响. 水土保持研究, 2016, 23(3): 90-94
[47] 李少华, 高琪, 王学全, 等. 光伏电厂干扰下高寒荒漠草原区植被和土壤变化特征. 水土保持学报, 2016, 30(6): 325-329
[48] 王鑫淼, 马志勇, 周旺潇, 等. 光伏发电系统碳中和及其影响因素. 资源科学, 2022, 44(8): 1735-1744

光伏+矿山生态修复模式的减碳增汇潜力评估

Assessment of carbon reduction and sink enhancement potential of photovoltaic+mining ecological restoration model

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 5

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	黄宏俊, 孙然好, 李佳蕾, 相均泳. 全生命周期视角下清洁能源碳中和贡献及区域差异 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(6): 1450-1458.
[2]	高玮, 李子双, 谢建治, 周晓琳, 杜梦扬, 王学霞, 陈延华, 曹兵. 基施控释掺混肥对夏玉米生长期活性氮损失和碳氮足迹的影响 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(12): 3322-3332.
[3]	侯颖, 李红, 赵敏, 熊俊, 戴圣骐, 赵斌, 胡静, 郭海强. 从湿地到农田:围垦对生态系统碳排放的影响 [J]. 应用生态学报, 2017, 28(8): 2517-2526.
[4]	路杨1,2,刘秀位1,2,张喜英1**. 农产品水足迹研究进展 [J]. 应用生态学报, 2015, 26(10): 3207-3214.
[5]	杨建新, 王如松. 产业生态学的回顾与展望 [J]. 应用生态学报, 1998, 9(5): 555-561.