遠眺我國首條零碳沙漠公路(局部),水井房邊的光伏板在陽光照射下熠熠奪目。中國石油塔里木油田公司供圖

工作人員對光伏發電裝置進行維護保養,確保平穩發電。中國石油塔里木油田公司供圖

工作人員正在安裝調試光伏板。中國石油塔里木油田公司供圖

零碳示范工程緊鑼密鼓施工中。中國石油塔里木油田公司供圖

俯瞰塔克拉瑪干沙漠腹地的一座光伏電站。中國石油塔里木油田公司供圖

在廣袤的塔克拉瑪干沙漠腹地,一條522公里長的塔里木沙漠公路縱貫南北,公路兩旁綠意盎然的生態防護林平添了幾分生機靈動,猶如給這片大漠沙洲系上了一條綠色腰帶。2022年,中國石油塔里木油田公司對這條沙漠公路進行改造“升級”后,沿林帶布設的水井房旁又多了散布的光伏板,在陽光下熠熠生輝,格外耀眼。

這項改造工程是我國距離最長的光伏灌溉治沙工程——塔里木沙漠公路零碳示范工程(以下簡稱“零碳示范工程”),也是中國石油塔里木油田公司聚焦“雙碳”目標,踐行綠色發展的生動實踐。在前期將11口水源井接入網電、12口井試點建設光伏電站的基礎上,繼續對剩余86口水井房進行光伏改造,實現生態防護林抽水灌溉“油改電”,開啟“陽光養綠”新模式。

新模式給塔克拉瑪干沙漠帶來了哪些改變?在茫茫沙海建光伏電站又是種什么體驗?請隨記者一同走近全國首條零碳沙漠公路。

“陽光”抽水灌溉 24小時不斷電 109個家庭值守沿途水井房

塔克拉瑪干沙漠是我國最大的沙漠,東西長約1000公里,南北寬約400公里。1995年,塔里木沙漠公路建成通車后,打通了塔里木盆地南北交通阻隔,使和田地區到烏魯木齊的路程縮短了500多公里。

塔克拉瑪干沙漠也是世界第二大流動沙漠,在定向風的作用下會不斷遷移。塔里木沙漠公路也因此被稱為“世界最長貫穿流動沙漠的等級公路”,但風沙掩埋始終是懸在這條公路頭頂的一把利劍。

既然無法阻擋風沙侵襲,就想辦法固沙。經過多年努力,2006年4月,2000多萬株梭梭、紅柳等耐鹽堿、耐干旱的植物在沙漠公路兩旁筑起了生態防護林。從此,這道“綠色長城”讓過路司機“再也不會被風沙迷了雙眼”,慕名而來的游客也時常感嘆,“沙漠里能看到這么多綠色植物,簡直是奇跡”。

隨著零碳示范工程的啟用,變化還在不斷發生。

沿著塔里木沙漠公路行駛,每隔4公里就能看到一座保障灌溉用水的水井房,全程一共109座,每座都有一個家庭值守。每年8個多月的植物生長期內,他們都要守在這里,負責維護4公里范圍的防護林。

駐守工人介紹,他們每天的工作從開澆灌總閥門和管道開關開始。除此之外,還要檢修滴灌管道、定期施肥除蟲。對于他們而言,風吹日曬和漫天沙塵已不新鮮,新鮮的是水井房旁三排光伏板帶來的實實在在的變化。

據了解,沙漠公路光伏電站總裝機規模達3800千瓦,每天發電量1.1萬度左右,年發電量約360萬度,不僅可以滿足沿途水井房每日抽水灌溉全部用電,還可為駐守工人的日常用電提供保障。

“過去靠柴油機發電時,每天白天連續抽水澆灌12個小時,一到晚上就沒電可用,駐守工人們不得不守著黑漆漆的沙漠。”中國石油塔里木油田公司塔中采油氣管理區一級主管李劍告訴記者,零碳示范工程啟用后,水井房16年來首次實現24小時不間斷供電,空調、電視、冰箱也逐漸搬進了值守點。

變化不止于此——

值守環境更“靜”了。“以前柴油機發電,噪音大得很,說話都要大嗓門。現在,光伏發電設備的動靜和一臺空調差不多。”駐守工人說。

運維成本更低了。李劍介紹,零碳示范工程建成投運后,年節約柴油機維修費用180萬元,減少柴油消耗約1000噸,扣減設備折舊費等,年節約運行成本近400萬元。

變化最明顯的是碳排放。李劍給記者算了筆賬,隨著柴油消耗的降低,每年可減少3410噸二氧化碳的排放。抽水澆灌實現了“零排放”,生態防護林每年可吸收約2萬噸二氧化碳,可以中和約9萬臺次過往車輛碳排放。換句話說,整條沙漠公路的運行不會再向大氣輸出二氧化碳,這便是“零碳”的關鍵。

優化技術路線 調整施工方案 140多天建成零碳示范工程

在流動沙漠筑路不易,修建光伏電站也是如此。

作為光伏電站的重要組成部分,光伏組件在戶外的發電性能,往往受到組件本身材料老化、工作溫度、太陽輻射強度、組件表面反射率,以及所在地的氣候條件等因素影響。

零碳示范工程位于沙漠腹地,這里氣候干旱少雨,地基結構松散,沙丘移動性較大,較常規地點施工更具特殊性。“六七月極端最高氣溫可達45攝氏度、沙表面溫度超過70攝氏度,地面就像烤肉的鐵板一樣。到了春秋季,沙塵天氣頻發,平均3至5天就要經受一次風沙侵襲。”李劍說,工程采用的單晶單面光伏組件及磷酸鐵鋰電池儲能單元,就是考慮其在耐久性能、抗干燥性能以及防風沙性能方面的優異表現。

白天酷熱難耐的沙漠,一到晚上就是另外一番景象:最低氣溫有時能降至零下二三十攝氏度。此時光伏電站不僅要經受巨大的溫差考驗,還失去了工作“動力”,這對設備穩定且持續運行極為不利。

為應對這一問題,結合光伏發電特點,建設者們為其量身定制了三套建設方案來延長光伏電站的“續航”時間。方案一是白天晴天的情況下,光伏所發電力給負載供電;光照弱或無日照情況下,啟用應急柴油發電機。方案二在此基礎上,加上儲能蓄電池,即白天光伏所發多余電量給儲能單元充電;光照弱的情況下,儲能單元放電滿足負載的用電需求;沙塵暴或陰雨天等無日照情況下,啟動柴油發電機,作為應急電源給負載供電。

“經綜合對比分析,方案三因碳排放量的優勢成為最佳選擇。”李劍向記者解釋道,該方案的儲能單元蓄電量更大,可提供7小時電量,光照弱的情況下,可滿足澆灌期間最短日照時間的澆灌時長要求和值守工人晚間日常用電需求。在無日照情況下則停止澆灌,從而完全實現碳的零排放。

為確保設備穩定運行,零碳示范工程采用“發電—匯流—降壓—輸電/存儲”工藝,將變流器及儲能電池合并撬裝至工業集裝房。該工藝在創造恒溫運行環境、提升防塵等級的同時,還能延長關鍵設備的使用壽命。

光伏電站的“使命”是為鄰近水井房提供必要電能。考慮到站點高度分散、規模小、數量多的特殊性,建設者們在工程設計及實施過程中廣泛應用標準化、模塊化技術,實現就近供電,避免了長距離輸電的損耗。

“整個施工戰線縱向距離達到343千米,為更加順暢、快捷開展現場工作,我們還對太陽能板基礎進行優化,用葉輪螺旋鋼管柱基礎替代原設計中的水泥基墩。如此一來,可避免水泥砂漿凝固快導致的來回拉運工作量大及凝堵風險,同時降低基坑挖掘工作量,縮短施工周期,較大程度降低施工費用。”李劍說。

得益于技術路線以及施工方式的優化探索,零碳示范工程從開工到完工僅用了140余天。

板上發電防沙 板下遮陰植綠 走出光伏治沙新路子

零碳示范工程在茫茫沙海為植被澆灌提供“綠色”電力,同時也“播種”著綠色希望。

在塔克拉瑪干沙漠建光伏電站,既要防止樁基周邊被掏空,也要防止光伏板被黃沙掩埋。這是流沙侵蝕帶來的難題。

“答題思路”在零碳示范工程設計之初就已明確——

充分利用光伏板的“先天優勢”。李劍解釋道,“身高”2.8米左右的光伏板,防風高度是大多數荒漠植被的5至9倍,可以干擾風向、降低風速。因此,不論是就地固沙還是阻截過境流沙,其發揮的作用都遠遠大于各種沙障。“本著‘占地面積最小、盡量避開高大樹木’的原則,在建設光伏板的同時,我們還在光伏板周邊一定范圍內采用具有較好防沙治沙作用的蘆葦草方格,極大減緩了沙丘的推進速度。”

沙漠地區地廣人稀,水源井用電功率低,光伏裝機規模小,可根據沙丘地勢、林帶分布等靈活布置光伏板,只要保持37至41度的傾角,就能既利于光伏板排沙自清理,又能保證在全年上午9點到下午3點的時段,光伏板前后左右互不遮擋。

“光伏板撐起的陰涼區域能降低沙漠土壤中水分蒸發,使苗木生長環境得到一定程度的改善。而植被的生長繁衍又可以減少光伏板周邊沙塵,增加太陽能電池板發電效率,形成良性循環生態模式。”李劍補充說道。

板上發電防沙,板下遮陰植綠,零碳示范工程實現了光伏發電、防沙固沙、沙漠治理的有機結合,為國家荒漠化治理和沙漠公路運行維護提供了“塔里木方案”。近兩年來,有了零碳示范工程的“守護”,生態小環境逐步形成:公路兩旁郁郁蔥蔥的防護林平均“身高”已超過2米,還有不少野兔、沙狐、飛鳥等在此安家,大漠多了幾分生機盎然。

一邊是蓄力生長的綠色希望,一邊是不斷顯現的綜合效益——

塔克拉瑪干搖身一變成了“綠電熱土”。截至目前,零碳示范工程已累計發出綠電超600萬度,實現了治沙和環境保護的雙重功效。在同一片沙海,總裝機規模達130萬千瓦的四座光伏電站已在沙漠腹地等扎根,今年累計生產綠電超6億度,為電力供應迎峰度夏、經濟社會綠色發展提供保障。與此同時,一個面積相當于3285個足球場大小、年設計發電量達21億度的光伏發電項目正慢慢從規劃走向現實。

油氣資源“噴涌”而出。依托沙漠公路,塔里木32個現代化大中型油氣田如雨后春筍般迅速崛起,一躍成為我國最大超深油氣生產基地和西氣東輸主力氣源地。

零碳示范工程的啟用,給“死亡之海”播下綠色希望。當下,這條從茫茫沙漠中走出的綠色低碳之路,仍不斷向沙漠深處延伸。

“油氣開發是高碳排行業,踐行‘雙碳’目標就要努力降低碳排放。目前,我們正在開展碳捕集及相關技術的攻關,將二氧化碳捕獲后直接利用或封存,以減少碳排放量。”輪南采油氣管理區油氣藏地質研究所黨支部書記、副所長張博介紹,下一步,還將統籌做好二氧化碳捕集驅油工作,在有效降低碳排放之余,全面統籌推進新能源業務發展,讓不斷造就“奇跡”的綠洲生生不息。(陳瑤)