Как солнечные электростанции влияют на местный климат и растительность в засушливых регионах

Аккумулятор TROJAN 31XHS

Исследователи из Китая обнаружили, что фотоэлектрические установки в засушливых регионах создают ощутимый эффект «прохладного острова», который сильно зависит от времени года, местоположения и конструкции установки, оказывая комплексное и неравномерное воздействие на окружающую растительность. Они показали, что интенсивность охлаждения и расстояние, на которое распространяется охлаждающий эффект, сильно различаются в зависимости от места установки и в основном определяются морфологией растений.

Исследователи из Китайской академии наук (КАН) изучили эффект «прохладного острова» (англ. cool island effect, CIE), возникающий из-за фотоэлектрических установок в засушливых регионах, и обнаружили, что он оказывает значительное влияние на окружающую растительность, а направление и степень этого влияния зависят от географического контекста и сезонных факторов.

CIE — это состояние, при котором определенная область холоднее окружающей среды из-за различий в свойствах поверхности и энергетическом балансе. В фотоэлектрических установках это может происходить из-за затенения панелей, снижения поглощения солнечного света на уровне земли, преобразования солнечного света в электричество и усиленного конвективного рассеивания тепла.

«Мы проанализировали восемь фотоэлектрических станций в засушливых регионах Китая, используя данные о температуре поверхности земли со спутника Landsat-8, нормализованный разностный вегетационный индекс, буферный анализ и моделирование структурными уравнениями с частичным применением метода наименьших квадратов (PLS-SEM)», — пояснили исследователи. — Для этого исследования были выбраны восемь фотоэлектрических станций, расположенных в засушливых регионах Китая, в частности в Синьцзяне, Внутренней Монголии, Ганьсу и Цинхае».

Ученые использовали данные о температуре поверхности суши (ТПС) за 2022 год, полученные на основе сезонных снимков, сделанных с помощью спутника Landsat 8. Эти данные о ТПС использовались для количественной оценки эффекта «острова холода», вызванного фотоэлектрическими (ФЭ) установками, с помощью двух ключевых показателей: интенсивности охлаждения (ИО), определяемой как разница температур между территорией, на которой расположена ФЭ-установка, и окружающей средой, и расстояния охлаждения (РО), которое показывает, насколько далеко распространяется охлаждающее воздействие от установки.

Кроме того, те же данные дистанционного зондирования использовались для расчета вегетационных индексов, в частности нормализованного разностного вегетационного индекса (kNDVI), для оценки реакции растительности как в зоне охлаждения, так и на прилегающих территориях, не подверженных его влиянию. Это позволило исследователям оценить не только пространственный масштаб охлаждающего эффекта, но и его экологическое воздействие на динамику роста растений в разных зонах.

Результаты показали, что интенсивность охлаждения (XD) достигала максимального значения в 3,1 °C летом в городе Учжун (WZ), а минимальное значение в 0,02 °C наблюдалось осенью в городе Хуншаган уезда Миньцинь провинции Ганьсу (HSG). Кроме того, в некоторые сезоны на некоторых участках, в том числе в Урадском хошуне (WLTQ) весной, в городе Хуанхуатань (HHT) осенью и в Хами (HM) зимой, не наблюдалось эффекта «прохладного острова» (CIE).

Кроме того, результаты показали, что летом в целом наблюдались повышенные значения XD, в том числе 2,1 °C в Даладском баннере (DLT) и максимум в 3,1 °C в городе Учжун. В то же время зимой наблюдалась большая пространственная вариативность: в уезде Гунхэ (GH) был зафиксирован относительно высокий показатель XD — 2,6 °C, в то время как в городе Хуанхуатань и Даладском баннере он был значительно ниже — 0,31 °C и 0,9 °C соответственно.

Во всех восьми исследуемых локациях было обнаружено, что расстояние, на котором сохраняется прохлада, существенно различается и составляет от 120 до 540 м, что указывает на значительные различия в пространственном охвате эффекта «прохладного острова» в зависимости от местности.

Моделирование методом частичных наименьших квадратов с использованием структурных уравнений (Partial least squares structural equation modeling, PLS-SEM) показало, что морфологическая сложность является основным фактором, влияющим на охлаждающий эффект, в то время как размер фотоэлектрических установок оказывает сильное сдерживающее воздействие. Также было установлено, что климатические условия оказывают положительное влияние, хотя и в меньшей степени. В совокупности эти факторы объясняют примерно 63% наблюдаемых различий в интенсивности и степени охлаждения.

Анализ также показал, что реакция растительности сильно различается в зависимости от местности и времени года и зависит как от местных климатических условий, так и от силы охлаждающего эффекта.

“Мы предложили географически дифференцированную систему ‘PV CIE–реакция растительности’. В относительно сухих и теплых регионах предпочтительнее среднемасштабные децентрализованные растения с превосходной сложностью формы”, - заключили ученые. “Однако в холодных высокогорных районах регулировка наклона и уменьшение плотности панелей могут снизить риски для растительности”.

Результаты исследования были опубликованы в статье «Количественная оценка эффекта «острова холода», вызванного фотоэлектрическими электростанциями, и реакции растительности в засушливых регионах», опубликованной в журнале Ecological Indicators. В исследовании приняли участие ученые из Китайской академии наук, китайской энергетической корпорации Huadian Gansu, PowerChina, Пекинской инженерной корпорации и Университета Рединга в Великобритании.