库布奇沙漠基于实例的“光，农，旅”能源景观共生系统设计 | Needle 2022成果展

2022-05-07 09:10 作者:Needle设计空间站 0人读过 | 我要投稿

Coexistence of Light and Pasture

库布奇沙漠基于实例的“光，农，旅”能源景观共生系统设计

宏观背景

鄂尔多斯沙漠一直专注于光能、热能等替代资源的开发利用，伴随当地经济发展，在沙漠环境中创造能源价值。霍布克沙漠多个生态治理光伏发电示范项目主体工程已完成。针对电站下方特殊的生态环境，对项目区进行了局部生态修复，并尝试发展光伏发电板下的种植养殖业。2021年，当地政府计划建设乳业带，库布奇沙漠成为最佳放牧地。作为中国北方地区太阳能资源丰富的地区，该地非常适合建设CSP（聚光太阳能）电站，实现更大规模的畜牧业经济和输电实践。

思路起源

库布奇沙漠是中国热值最高的地区之一，阳光充足，热量充足，然而终年干燥，雨水稀少，因此丰富的太阳能也给当地奶牛牧场的种植和维护带来了挑战。太阳能光伏板可以遮光挡风，每年可以减少蒸发量800mm，可降低风速1.5m/s。若在板下、板间可种植牧草，比常规沙漠种植及灌溉模式节约用水90%以上，提高植物存活率30%，并且清洗板面所用的水可以渗透土地从而涵养水源。然而，牧草长高后易遮蔽太阳能板，影响光能的吸收转化效率，故有人提出了“板下养羊”的方案，于是就有了太阳能养殖场，一种将现代清洁能源工程与传统养殖事业相结合的建设模式。

沿南北向穿越库布奇沙漠的Buergese Gully水源附近的流动人口、牧民户数、旅游景点的逐年增加创造了日益增长的能源消耗需求。相较于常规应用的光伏发电，光热发电能实现更大规模的储能与送电。这种太阳能电厂由成百上千台定日镜组成，可以通过WIFI互相连接以提高效率，将阳光反射聚集到塔顶上一个叫做接收器的大型热交换器上。研究表明，在适合进行系统安装的地理位置中，光热发电与光伏发电系统的技术联动能实现光电经济社会效益最大化，并具有构成规模宏大的可参与性景观设施的基础。
因此，如何在目标场地内实现不同太阳能利用方式的合理互通、解决牧草种植中的资源过耗问题、并建立具有完整的景观交通控制与电能输送网络的产业综合体成为了我们的主要目标。

模型演化

结合“光牧共生”概念模型的指导和当地实际内需，我们将该模型进行牧场、种植业、观光休闲与太阳能发电的有机结合，呈现为一定比例的能源核心区、种植区和人类活动区。但塔式光热电镜场的布置会受到中心点距离效率、遮挡损失、地理纬度等因素的影响。因此我们结合文献资料对目标场地在塔高100m情况下，吸热塔周围 1000 米范围内的地点两分两至日的平均综合效率的分析，得到了北半球中纬度地区的塔式系统在塔北端具有较高效率的结论，于是对吸热塔所在的能源核心区的安置位置以及种植适宜性最高的地区有了初步划分。

基于以上理论基础，我们将“光牧共生”模型再设计为了5个分支，每一类都有太阳能处理功能，但具有不同的占地面积、年草产量、年药材产量、单日发电量和放牧承载量，内部配置根据预期功能也进行了相应调整。
最大的两座厂区（Type A、Type B）的能源技术为光热发电，中心设有辐照接收塔，占地约0.22至0.33平方公里，通道网络的设计最为复杂，连接灌溉基础设施、牛棚、草本植物和栅栏，适合安置于人流量最大的主干道和水源地两侧。另一种类型的光热发电厂（Type C），规模仅次于前两类，交通量较小，主要供游牧民使用。最后两类（Type D、Type E）仅占地 0.019 至 0.055 平方公里，不足以支持光热电站的建设，主要用于人流集散和药材种植。这些发电厂的电力输出依赖于由屋顶或地面上的光伏发电板，以为药草种植区提供植物生长所需的遮荫。

总体规划

在有了五类空间原型的设计构造后，为了给各类发电厂的平面布局提供数据支持，我们将场地空间分成600mx600m的网格，统计分析几个能反应Buergese Gully沿线以用电和放牧为主的的经济社会需求的影响因子，包括道路节点、普通住户、牧民家庭、牛场和草药作坊的数量和位置。在得到每个网格内各类型发电厂的数量范围后，结合其占地面积与输电特性，综合考虑当地政府对太阳能产业、畜牧业的规划，以及周边沙漠旅游资源的结构布局（沟通东侧的响沙湾景区与西侧的七星湖湿地景区），确定了场地集太阳能发电、奶牛牧场、互动农业、工业景观观光于一体的概念布局方案。

同时，该设计尊重场地原有指针型喷灌牧场的肌理，并在此基础上适当延伸。Type A规模最大，仅有两个，分布在Buergese Gully东侧，作为综合体的中心地带。Type B分布在靠近水源的位置，数量最多。Type C在最外围区域。Type D与Type E作为游客集散中心分布在靠近道路与建筑的区域。所有空间原型类型周边都环绕输电线、路网以及灌溉水渠，来保证电流输送、交通和水源供应。