太阳能发电的副产品：绿化沙漠

太阳能发电的副产品：绿化沙漠
如果在非洲撒哈拉沙漠地区大规模部署风能与太阳能发电，在理想的情况下，不仅能满足全球的能源需求，还能使该区域的降水量提高一倍，植被覆盖率增加20%。
这是由美国马里兰大学、伊利诺伊大学、北京师范大学、意大利国际理论物理中心、中科院大气所科学家组成的一个国际团队，进行动态气候模拟实验的结果。相关论文北京时间2018年9月7日凌晨发表在国际顶级学术期刊《科学》上。
“这是一个令人兴奋的结果，”论文的第一作者、伊利诺伊大学的李琰博士在接受记者采访时表示，“为了缓解全球变暖，现在的可再生能源还不够。之前，我们还担心如果在撒哈拉沙漠上修建这么大规模的可再生能源设施，会有什么负面影响。结果却是多重的好处。”。
这项研究起源于李琰在马里兰大学的导师卡妮（Eugenia Kalnay）的一个“反向思维”。 卡妮曾是麻省理工学院气象系的第一位女博士，师从著名气象学家朱尔•查尼（Jule Charney）。查尼在1975年时提出了一项机制，用以解释撒哈拉南部过渡区域萨赫尔（Sahel）的干旱：过度放牧增加了地面反射率，减少降水，再进一步降低了植被覆盖率，形成恶性循环。
卡妮随后想到了一种逆向的可能性：大规模的光伏板会降低地面反射率，由此产生相反的作用。
相似地，风电装置会提高地表粗糙度，降低风速，增强空气的汇聚而形成上升气流，提高降水。降水促进植被生长，进一步降低地面反射率。
国际团队就此建立了动态的气象模型，计算大气、陆地、植被、水循环之间的相互影响，就像一个天气预报系统。
模拟结果发现：风电建设 会带来区域温度升高，日均降水量在风电覆盖区域平均了增加0.25毫米，这相当于整个撒哈拉区域降水增加一倍。特别在萨赫尔地区，日均降水增加可达1.12毫米。
太阳能板也会引发类似的正反馈机制，增加日均降水量约0.13毫米。
当风电与光电同时建设时，降水量的增加幅度最大可达到日均0.35毫米。
据李琰介绍，该研究最大的亮点是加入了动态的植被反馈。在风电实验中，植被的反馈作用占模拟降水量增加的80%。此前，只考虑静态植被的气候模式，低估了风电和太阳能发电对气候的影响。
撒哈拉沙漠是世界上最大的沙漠，人烟稀少，风电和光伏设施不会占用农业用地。
此外，撒哈拉沙漠靠近欧洲和中东，这些地区都有巨大且不断增长的能源需求。据估算，如果900万平方公里的撒哈拉沙漠上全部覆盖风电和太阳能发电，每年分别可以提供3太瓦和79太瓦电能（1太瓦相当于10的12次方瓦特），这完全可以满足现在和未来全球的能源需求。
模拟实验中风电和太阳能带来降水和植被的增加，可大幅助益这一地区 农业和牲畜业发展。此外，产生的大量清洁能源还可用于海水淡化，运输至淡水稀缺严重的地区，从而改善公共卫生，扩大农业和粮食生产，带来深远的社会、经济和生态影响。
不过，李琰强调，这只是理想情况下的模型。在现实中建立巨大的风电和太阳能发电设施，存在许多技术、经济、环境和社会方面的挑战，但可能性正在逐渐增加中。
团队也试图在全球其他沙漠上进行了类似的模拟，但其气候影响都不如撒哈拉显著。这可能是由于其他沙漠面积小、分布零散，也有可能需要更精准的模型。


不过在发展新能源和治理沙漠最好的中国，理论距离现实更进一步。
治理沙漠，在中国一直是个历史性课题。中国的沙漠条件十分恶劣，截至2011年中国沙化土地已达174万平方公里 ，占国土面积的18.2%。
50年代，中国科学院就组建了治沙队，可因为投入有限，总体收效甚微。
近些年，实践证明，沙漠治理和产业结合才能为大规模治沙工程提供人力和财力。
沙漠地广人稀，但不是没任何价值的废地，沙漠是风能、太阳能和生物质能源的富集区，这些能源的开发利用就是沙漠效益的源泉。
治理沙漠的初期，风沙大，首要任务就是固沙和储水。风沙会让绿化产业深陷一边治理一边破坏的无限循环。而光伏发电就几乎不受风沙影响，也不需要水资源的直接参与。并且，分布广泛的太阳能板，本身就是最好的固沙工程。分布广泛的太阳能电板白天能够为刚发芽的小草或是农作物挡住直射的大部分阳光，夜晚又会冷凝截留少量水分，为植物生长提供相对温和的生长环境。
其次，光伏发电机组可大可小，适用于并网的大机电组，也适用地形条件恶劣的小面积沙地，这给治理和开发沙漠带来灵活的治理机制。光伏发电可作为沙漠公路的太阳能路灯、也可以为沙漠植树和饮用水提供光伏提水动力等等。
除了初期的固沙表现，光伏附带的产业化，可以带动区域性的农业、牧业、制造业、旅游业的发展，甚至可以培育像迪拜那样的新兴城市。
如此造福子孙的事业，中国已经开始在做了。腾格里沙漠的光伏产业园已经初具规模，宁夏中卫也将集旅游、农业、能源于一市，努力重现河西走廊的辉煌。