江苏省光伏农业产业发展现状与对策

鲍恩财, 瞿文卉,2, 吴翠南, 顾东清, 杨 晨, 许桂俊, 邓志强, 王 励

(1.江苏省农业科学院农业设施与装备研究所,江苏 南京 210014;2.南京信息工程大学应用气象学院,江苏 南京 210044;3.江苏省能源研究会,江苏 南京 210096;4.深能南京能源控股有限公司,江苏 南京 210019;5.华能南京燃机发电有限公司,江苏 南京 210046;6.长江三峡集团江苏能源投资有限公司,江苏 南京 210019)

0 引言

太阳能是自然界中最常见的清洁能源之一[1],具有长期性、无限性和广泛性的特点。 其没有地理限制,无论是陆地海洋,还是山脉岛屿,无需采矿和运输,都可以直接开发利用。 光伏发电是利用半导体界面的光伏效应将太阳能直接转化为电能的技术,其作为一种低碳减排的实施方式,发电过程无污染,绿色环保,在“双碳”大背景下占据重要位置。 2018 年,国务院发布了《乡村振兴战略规划(2018—2022 年)》,其中明确指出大力发展太阳能,加快实施北方农村地区冬季清洁取暖等措施。 2021 年3 月初,国家能源局下发《关于2021 年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知(征求意见稿)》,提出积极推进分布式光伏发电的建设,结合乡村振兴战略启动“千乡万村沐光”行动,鼓励通过试点确定过网费标准,建立商业模式,实现分布式市场化交易。 2021 年6 月份,国家能源局下发了整县光伏试点新政。 2021 年年底,农业农村部等部委发布的《加快农村能源转型发展助力乡村振兴的实施意见》等系列文件中,明确鼓励能源企业发挥资金、技术优势,建设光伏+现代农业。 同时,随着碳达峰、碳中和战略的实施,光伏结合现代农业的规模不断扩大。 到2025 年,“农光互补”“渔光互补”等光伏发电复合开发规模将达到1 000万kW 以上。 2023 年9 月,江苏省自然资源厅、林业局、能源局三部门联合印发《关于支持光伏发电产业发展规范用地管理的通知》,鼓励光伏发电项目因地制宜采用“农光互补”“渔光互补”等复合用地模式,并要求农业、渔业的产量不低于原有的80%。 政策支持、科技支撑等为江苏光伏农业提供了前所未有的发展机遇。

光伏农业是在农业生产基础上,合理有效利用光照资源进行光伏发电,实现节地、节能、高效、可持续及生态循环的现代农业科技综合体。 光伏农业采取绿色低碳能源的模式,以农业为契机,将光伏发电与农业生产有机结合,最大限度地利用土地资源[2],显著提高单位面积土地经济价值[3],促进农民增收,助推实现“双碳”目标,全面推进乡村振兴。 光伏农业的主要业态包括光伏种植业[4]、光伏渔业[5]、光伏畜禽业[6]。

(1)光伏种植业:在种植业生产基础上,合理有效利用光照资源进行光伏发电的业态,也称为“农光互补”,包括光伏露地种植[7](见图1)、光伏设施种植[8](见图2)。

图1 光伏露地种植

图2 光伏设施种植

(2)光伏渔业:在渔业生产基础上,合理有效利用光照资源进行光伏发电的业态,也称为“渔光互补”,包括光伏池塘养殖[9](见图3)、光伏设施渔业养殖(见图4)。

图4 光伏设施渔业养殖

(3)光伏畜禽业:在畜禽业生产基础上,合理有效利用光照资源进行光伏发电的业态,也称为“畜光互补”,包括光伏露天散养(见图5)、光伏设施畜禽养殖(见图6)。

图5 光伏露天散养

图6 光伏设施畜禽养殖

近年来,江苏省的光伏农业的应用领域不断扩大,农业装备水平也在不断提高,但缺乏基础理论研究,对光伏农业的产业现状和关键技术问题把握不清,会导致光伏农业的盲目发展和资源浪费。 本文通过调查分析,阐述了江苏省光伏农业的发展现状和问题,并提出了可持续发展的对策建议,以期促进江苏省光伏农业的高质量发展。

1 材料和方法

本文的数据分析主要基于以下两个内容:2022年江苏省“光伏+设施农业”发展调研以及江苏省发展和改革委员会发布的2022 年五批江苏省光伏发电市场化并网项目公告。

2022 年江苏省“光伏+设施农业”发展调研由江苏省农机具开发应用中心和江苏省农业科学院农业设施与装备研究所联合开展,主要通过向各市级农技推广中心发放调研表的形式收集数据。 调研表由3个部分组成:所辖市范围内业态种类(光伏种植业、光伏渔业、光伏畜禽业和未从事农业生产的光伏设施);“光伏+设施农业”的建设和运营,如数量、用地规模和运营情况(产量、产值和效益);各地支持光伏农业的政策统计(见表1)。

表1 ______市 “光伏+设施农业”调查统计

调研结果大致反映了江苏省光伏农业的发展现状。 本文旨在通过对调研数据的深入挖掘,为江苏省未来的光伏农业产业规划提供一些参考和建议,以促进现代农业的发展。

本次调研共获得13 张有效统计表,分别来自南京、镇江、常州、无锡、苏州、扬州、南通、泰州、盐城、徐州、宿迁、连云港和淮安(见图7)。

图7 江苏省光伏农业产业分布

数据分析时以长江和淮河为界,将江苏省分为3个区域。 长江以南为苏南地区,包括南京、镇江、常州、无锡、苏州。 长江以北至淮河以南是苏中地区,包括扬州、南通、泰州、盐城。 淮河以北为苏北地区,包括徐州、宿迁、连云港、淮安。 下述的产值利润率按照苏南、苏中、苏北区域进行分析。

2 江苏省光伏农业产业发展现状

江苏位于国境东部沿海,居长江、淮河下游。 江苏省地理环境优越,1 000 多km 长的海岸线上遍布超过5 000 km2的沿海滩涂,丰富的太阳能资源和水资源,加之较高的农业发展水平,为江苏省“渔光互补”项目的迅速发展奠定了基础,从而更好地推动了光伏农业项目的发展。

根据江苏省发展和改革委员会公布的2022 年五批光伏发电市场化并网项目名单显示,2022 年江苏省光伏发电市场化并网项目合计1 129.28 万kW。 其中,光伏农业项目合计1 119.29 万kW,占比99.12%(见表2)。 由此可见,光伏农业在光伏发电市场中占据重要的位置,具有较大的发展潜力。 “渔光互补”项目在光伏农业项目中占比最大,达692.06 万kW,占比61.83%。 以盐城为首的苏北城市“渔光互补”建设规模为250.8 万kW,占据江苏省近1/4 的建设规模,充分利用当地自然资源,实现社会效益、经济效益和生态效益共赢,助力乡村振兴。

表2 2022 年江苏省光伏发电市场化并网项目单位:万kW

近年来,江苏省的光伏农业面积逐年递增,截至2022 年,江苏省的光伏农业设施建造面积已超10 000 hm2。 除港、澳、台地区外,全国31 个省、自治区和直辖市中有26 个地区有光伏农业项目并网发电,江苏省排在第一位,项目数量达到44 个,占全国总数量的16%[10]。 现代化产业的发展促进了连栋温室、温室大棚[11]、水产养殖基地[12-13]与光伏发电站建造面积的不断增加,从侧面反映出江苏省光伏农业的发展迅速且高效,极大增强了农业的生产能力。 据调查显示,如图8 所示,江苏省不同市区的光伏农业占地面积差距较大。 盐城作为光伏渔业发展为主的典型城市,合计开发光伏农业产业面积最大, 为5 413.3 hm2,其次为扬州,开发面积达1 733.3 hm2。相较于光伏渔业和光伏种植业,光伏畜禽业开发面积较少,约占总体的0.82%。 此外,部分区域的光伏设施未从事农业生产,共556.3 hm2,仍具有一定的发展潜力,如淮安清江浦区,徐州睢宁县、邳州市、沛县,泰州海陵区,南通如东县、海安市。 同时,光伏农业经营主体的规模也在不断扩大。 例如,江苏省宝应县生态渔业光伏发电示范基地采用全国首家“渔光互补”开发方式,规划打造成集光伏电站建设、光伏技术先进示范、生态渔业养殖、特色渔业休闲旅游为一体的综合开发基地。 宝应县“渔光互补”光伏电站面积达4 000 多hm2,已并网的“渔光互补”项目17 个,并网容量712 MW。

图8 2022 年江苏省各地级市光伏设施现有占地面积

江苏光伏农业主要分为光伏种植业、光伏畜禽业、光伏渔业3 种业态形式,其中以光伏渔业为主,达10 042.6 hm2;光伏种植业、光伏畜禽业分别为941.53 hm2和7.2 hm2。 光伏渔业中,蟹类养殖居多,除草鲢、鲫鱼外,小龙虾也成为光伏渔业的新亮点。 以光伏设施种植业为代表的淮安刘老庄农业大棚光伏电站实现了光伏电站与农业大棚设施的较好结合,高效种植了蓝莓、猕猴桃、苜蓿等作物。 徐州丰县创新了在23.8 MW 光伏电站下种植优良红薯“徐薯32”的大田种植模式。 连云港、淮安、宿迁在“光伏+草本种植”领域均有一定规模。 例如,世界著名树种黄金构骨在连云港市赣榆区宋庄镇光伏大棚内栽种,不改变土地属性,又可以将空间立体利用,产生清洁电力的同时,促进农民增收。 因此,光伏在农业领域得到了广泛应用,涵盖种植业、林业、畜牧业、渔业等诸多领域,形成“农光互补”“渔光互补”等多元互补模式,不仅为当地提供清洁能源,也创造相当可观的经济价值。

在发展光伏农业模式的同时,多个地区将光伏发电、农业生产、生态保护和观光旅游结合起来,利用田园景观、农业生产活动、农业生态环境和生态农业经营模式,扩大产业融合,延伸产业链条[14]。 例如,苏南地区的镇江句容建设的绿色新能源小镇,以科技创新、休闲旅游、农业生产为基础,结合光伏发电,利用田园景观和生态农业经营模式,提高土地的单位产出,增加农户收益,以最大限度地利用资源,增加生态和社会收益。

3 存在的问题

3.1 应用效果不理想,难以实现双赢

光伏农业项目在实施中存在如下问题:一是重光轻农、有光无农;二是政策理解、实际执行上的差异和可变性;三是农光协调组合不合理,由此导致了最终的实施项目无法达到光伏发电与农业发展的双赢成效。 而有些光伏农业园区还存在将光伏板架在大棚阳面,影响了棚室采光需求,不同的光强影响作物的生长效果[15],从而导致特性及产量的差异,易造成在注重光伏的同时忽视甚至荒废了农业的局面。 在发展光伏农业项目时,需要同时关注光伏效益和农业效益,在项目设计前期需确定两者的平衡关系,确保光伏板下的遮阴水平是否能够满足作物所需[16-17]。 从国家的建设项目来看,光伏农业一定是在农业的基础上来发展光伏展业,将项目的土地收益发挥至极致。光伏农业,首先应该是发展农业,其次才是光伏发电。光伏农业中,光伏发电应该是锦上添花,而不是喧宾夺主。

3.2 发展盲目,缺乏统一标准

光伏农业发展前期市场开拓重视不够,信息了解不够全面,农业机械、智能装备结合不充分,造成盲目发展,导致光伏发电与农作物生长冲突严重。 例如,常州地区绝大部分种植的是喜阳果蔬,“十四五”期间大力推进机械化种植模式,光伏设施直接建在种植区域上方,不同程度地影响了农作物采光及农机通行作业。 此外,安装光伏组件下的微环境与作物生长环境的适配度缺乏统一标准[18],光伏系统下的气候条件直接影响作物的产量[19-21]。 光伏组件的正常寿命约为25 年,而连栋温室的使用寿命正常不超过15年,日光温室的使用寿命则更短。 使用寿命的背后是设计规范中关于荷载、材料等方面的标准取值不同。因此,如何统筹光伏和农业之间的矛盾,确定光伏农业设施的建造标准,是降低经营风险需要考虑的因素[22]。

3.3 投资成本较大,农民积极性不高

以光伏温室为例,其一次性建成投入较高,维护方面也需要专业人员。 安装光伏发电具备一定规模后还需要备案申请,该申请耗时较长。 而光伏农业产业与其他产业相比,产值利润率(利润与产值之比)普遍较低,成本回收周期长,挫伤农民积极性[23]。 苏北和苏南地区均涉及光伏种植业、光伏渔业、光伏畜禽业等3 种业态形式,如图9 所示。 苏中地区除不涉及光伏畜禽业外,光伏渔业和光伏种植业的生产利润率在3 个地区中最高,分别为0.56 和0.45。 光伏渔业和光伏种植业的生产利润率在苏北地区最高(0.86),在苏南地区最低(0.28)。 同时,苏北地区将光伏温室与高价值食用菌和花卉种植的有效结合,既实现了发电、作物种植,又带动了光伏板下赏花采菇的乡村旅游新模式的发展,创造了更好的经济效益。与其他3 种模式相比,光伏种植业的生产利润率较低,归其大田作物对光照要求较高,农作物生长与光伏发电之间存在一定的竞争关系的原因。

图9 以长江为界江苏各区域业态产值利润率

农民是光伏农业发展的主要参与者和经营者,但光伏产品价格偏高,且配套的设施较多,一次性投入较大,易挫伤农民的积极性,不利于光伏农业快速、稳定的发展[24]。 如江苏长荡湖农业科技产业园有限公司“渔光储一体化项目”,前期投资成本500万元,至少需要10 年以上才能收回。 目前,常州市除金坛区电力部门以“渔光储一体化项目”形式予以财政补助建设外,暂无资金扶持政策及相关用地政策。

4 高质量发展对策

4.1 加强研究示范集成

光伏发电的潜力取决于诸多因素,是选择合适的光伏发电安装区域的主要原因[25]。 所以在发展光伏农业前,应通过地理、技术和经济潜力来评估一个地区的实际太阳能潜力[26]。 在光伏农业生产实践中加强试验示范及研究,加大生态循环农业技术集成与创新[27],总结光伏电站设计、建设、运营最佳模式,确保在光伏电站正常发电的同时,满足植物、动物的生长需求,达到农光互补的良性互动,避免出现高额投资后短短几年只剩光伏,而没有农业的尴尬局面[28]。光伏农业产业化模式的推动[29],需结合基础设施的特点,找到合适的种养品种、种养技术,再进行示范推广。

4.2 规范建设标准

光伏和农业的各自标准繁多,两个体系相结合势必会衍生出更多的新体系[30]。 目前,光伏农业亟需统一标准。 就我国光伏农业现状而言,先制定联盟标准,再逐步推广至行业及国家标准更为现实。统一标准的制定,既需宏观框架体系建设,也需细分领域,如:标准制定具体涉及产业各项活动环节,需要以此制定要求和方法,产业链维度需要考虑光伏和哪一项细分领域相结合[31]。 光伏农业需符合生态环境建设的要求,对电站品质和农业效益需制定更高的标准。 只有在整个过程中都达到相应的标准,再加上政策和资金的支援,光伏农业才能有跨越式的发展。 例如,由江苏省农业科学院农业设施与装备研究所牵头,江苏省农业技术推广总站、江苏省农机具开发应用中心、江苏大学、江苏省设施农业装备行业协会、江苏省能源研究会等单位联合编制的江苏省地方标准《光伏农业园区规划编制要求》,其明确规定了光伏农业园区规划设计的基本要求、规划设计内容与要求、规划设计单位与工作流程、规划设计成果等内容,对光伏农业产业发展具有指导作用,旨在充分发挥地方标准在经济与社会发展中的引领作用。 该标准可以有效缓解光伏农业建设发展中的用地矛盾,提高光伏农业项目土地利用率,确定光伏农业的发展定位,明晰光伏农业产业在各地区的功能布局。

4.3 出台补贴政策

当地政府可以通过支持推广光伏农业绿色节能生产模式的方式,扩大产业融合,提高建设单位的积极性[32]。 同时出台支持文件,包括建立扶持太阳能光伏产业发展专项基金、落实税费优惠政策、建立风险投资机制和优化服务环境4 个方面。 鼓励地方政府对光伏农业建设给予信贷贴息,并且通过招商引资来增强光伏农业的活力。 强化产业平衡,扩大产业融合,增加光伏农业发展的附带产出物显得十分必要[33]。 在一个多产业参与的体系中,产业之间的融合将有利于形成产业集群共同体的良性协调局面[34]。 例如,泰州海陵的零碳产业园通过光伏已经可以实现“能源自给”,该园积极构建产业发展集群,大力推进“光伏+”融合发展模式,形成了“光伏+公共设施”“光伏+工商业屋顶”“光伏+农业”“光伏+交通”等融合发展项目的推广应用[35],逐步缩小农业与光伏产业之间的发展差距,提高产业间的互动效应。

5 结语

实现碳达峰、碳中和是我国向世界作出的承诺,也是一场广泛而深刻的经济社会变革。 实现碳中和需要使用太阳能来替代传统能源,而光伏发展面临土地供应不足的矛盾日益突出。 因此,发展光伏农业势在必行。 本文以江苏省的光伏农业产业项目的发展现状为基础,以江苏省光伏农业产业面临的机遇与挑战为前提,分析发现其目前存在的投资成本较大、应用效果不理想和盲目发展缺乏统一标准的问题,提出江苏省光伏农业产业未来发展应加强研究示范集成、规范建设标准、加大政策支持力度,并扩大产业融合的发展建议,以期为江苏省光伏农业产业的快速发展提供参考与借鉴,助力乡村振兴发展战略。