一种农业光伏发电站生态效益评估方法及系统

本发明涉及光伏农业，特别涉及一种农业光伏发电站生态效益评估方法及系统。

背景技术：

1、随着可再生能源的发展和农业现代化的需求，光伏农业作为一种新兴的生产模式，越来越受到人们的关注。光伏农业项目不仅能够利用太阳能发电，还能在不占用额外土地资源的情况下促进农业生产。因此，科学合理地评价光伏农业项目的综合效益成为本领域的重要课题。

2、现有的评价方法主要包括以下几个方面：

3、通过对光伏农业项目的农业年产值、光伏设施的年产值以及年能源消耗成本等经济指标的计算，来确定光伏农业项目的经济性数据，并结合不同的采暖技术路线，确定项目的节能减排数据。再通过预设的标准对这些数据进行评价，从而获得光伏农业项目的经济效益评价结果。

4、采用熵权法确定评价指标的权重，并构建综合效益灰色关联投影模型，实现对分利用层次分析法和模糊综合评价法相结合的方式，构建评价指标体系，确定各指标间的层次关系及其权重，对参与评价的多个光伏发电站进行综合评价，以比较出不同电站的优势和劣势。

5、通过采集光伏产业区的生态环境数据，构建生态环境效应评价模型，利用标准化处理和综合指数计算，对荒漠光伏电站的生态环境影响进行定量评价，为生态环境保护和生态系统恢复提供依据。

6、虽然上述技术方案能够在一定程度上解决光伏项目综合效益评价的问题，但它们仍然存在一些不足之处：

7、(1)现有技术主要集中于光伏经济效益方面的评估，却忽略了农业光伏系统具有板下种植作物的能力，能够在提供经济效益的同时带来巨大的生态效益。

8、(2)即使是对光伏综合效益分析，也并没有考虑到光伏板下区域能够产生的生态效益。

9、(3)对光伏生态效应方面的研究，并没有将生态效应货币化，无法定量分析光伏对生态环境的贡献。

10、因此，如何提供一种能够定量评估农业光伏发电站的生态效益的评估方法及系统是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明针对上述研究现状，提供了一种农业光伏发电站生态效益评估方法及系统，能够定量评估农业光伏发电站的生态效益，构建的评估方法适用于不同区域、不同运营年份、不同种植作物的农业光伏电站。

2、本发明提供的一种农业光伏发电站生态效益评估方法，包括如下步骤：

3、基于生态系统生产总值gep以及农业光伏电站特性参数对核算指标进行筛选，确定农业光伏生态效益核算指标；

4、基于功能量核算方法对每一项所述农业光伏生态效益核算指标进行功能量核算，得到农业光伏生态效益核算指标对应的生态产出；

5、基于价值量核算方法对每一项所述生态产出进行价值量核算，得到农业光伏生态效益核算指标对应的经济产出，最终获得农业光伏生态效益。

6、优选的，所述农业光伏生态效益核算指标至少包括如下中的一种或多种：农产品供给指标、水源涵养指标、土壤保持指标、洪水调蓄指标、空气净化指标、固碳指标和释氧指标。

7、优选的，所述后向散射系数描述特征提取方法包括中位法和平均值法。

8、优选的，所述功能量核算方法包括：统计分析法、综合蓄水能力法、修正通用水土流失方程法、水量平衡法、污染物净化模型或质量平衡法。

9、优选的，所述基于功能量核算方法对每一项所述农业光伏生态效益核算指标进行功能量核算的步骤包括：

10、农产品供给指标采用统计分析法：

11、

12、其中，qf为农业产品总产量；qfi为i类农业产品的产量；

13、水源涵养指标采用综合蓄水能力法：

14、qwr＝qwr1+qwr2；

15、qwr1＝a×p×k/100；

16、qwr2＝a×c×h；

17、其中，qwr水源涵养功能量，单位m3；qwr1、qwr2分别为作物层和土壤层的水源涵养功能量，单位m3；a为面积，单位m2；p为年降水，单位mm；k为作物拦截比例；c为非毛管孔隙持水量；h为土壤厚度，单位m；

18、土壤保持指标采用修正通用水土流失方程法：

19、qsr＝r×k×l×s×(1-c)；

20、其中，qsr为土壤保持功能量，单位t；r为降水侵蚀力因子；k为土壤可蚀性因子；l为坡长因子；s为坡度因子；c为植被覆盖因子；

21、洪水调蓄指标采用水量平衡法：

22、qfm＝(h-h)×a×d；

23、其中，qfm农田的洪水调蓄量，单位m3；h为田埂高度，单位m；h为生长季平均蓄水高度，单位m；d为洪水发生次数；

24、空气净化指标采用污染物净化模型：

25、

26、其中，qap为空气净化总量，单位t；qi为i类大气污染物的单位面积年净化量，单位t·m-2；

27、固碳指标采用质量平衡法：

28、

29、其中，为固碳功能量，单位t·co2；为碳转化为二氧化碳的系数；cc为生物量-碳的转换系数；agbt2-agbt1为起止时间内生物量差值；

30、释氧指标采用质量平衡法：

31、

32、其中，qop为固碳功能量，单位t·o2；为二氧化碳转化为氧的系数；为固碳功能量，单位t·co2。

33、优选的，所述价值量核算方法包括：市场价值法、影子工程法、替代成本法或机会成本法。

34、优选的，基于价值量核算方法对每一项所述生态产出进行价值量核算的步骤包括：

35、农产品供给指标采用市场价值法：

36、

37、其中，vf为农业产品总价值量；qfi为为i类农业产品的产量；vfi为i类农业产品市场价格；

38、水源涵养指标采用影子工程法：

39、vwr＝qwr×pw；

40、其中，qwr水源涵养功能量，单位m3；pw为水库单位库容造价；

41、土壤保持指标采用替代成本法和机会成本法：

42、vsr1＝qsr×∑sj×cj×pj；

43、

44、vsr3＝λ×c×qsr/ρ；

45、其中，vsr1为保持土壤肥力价值量；sj为土壤中j物质含量；cj为j物质的化肥转换系数；pj为j化肥市场价格；vsr2为减少废弃耕地价值量；p为农田年均收益；h为土壤厚度，单位m；ρ为土壤容重，单位t·m-3；vsr3为减少泥沙淤积价值量；λ为泥沙淤积系数；c为水库单位库容清淤费用；

46、洪水调蓄指标采用影子工程法：

47、vfm＝qfm×pw；

48、其中，vfm为洪水调蓄价值量价值量；pw为水库单位库容造价；

49、空气净化指标采用替代成本法：

50、

51、其中，vap为空气净化价值量；qapi为第i种大气污染物的净化量，单位t；ci为第i种大气污染物的治理成本；

52、固碳指标采用市场价值法：

53、

54、其中，为固碳价值量；为二氧化碳价格；

55、释氧指标采用市场价值法：

56、vop＝qop×po；

57、其中，vop为释氧价值量；po为工业制氧价格。

58、本发明还提供了一种根据所述的农业光伏发电站生态效益评估方法的农业光伏发电站生态效益评估系统，包括核算指标确定模块、功能量核算模块和价值量核算模块，其中：

59、所述核算指标确定模块，用于基于生态系统生产总值gep以及农业光伏电站特性参数对核算指标进行筛选，确定农业光伏生态效益核算指标；

60、所述功能量核算模块，用于基于功能量核算方法对每一项所述农业光伏生态效益核算指标进行功能量核算，得到农业光伏生态效益核算指标对应的生态产出；

61、所述价值量核算模块，用于基于价值量核算方法对每一项所述生态产出进行价值量核算，得到农业光伏生态效益核算指标对应的经济产出，最终获得农业光伏生态效益。

62、优选的，所述功能量核算模块包括：农产品供给指标功能量核算单元、水源涵养指标功能量核算单元、土壤保持指标功能量核算单元、洪水调蓄指标功能量核算单元、空气净化指标功能量核算单元、固碳指标功能量核算单元和释氧指标功能量核算单元，其中：

63、所述农产品供给指标功能量核算单元采用统计分析法进行核算：

64、

65、其中，qf为农业产品总产量；qfi为i类农业产品的产量；

66、所述水源涵养指标功能量核算单元采用综合蓄水能力法进行核算：

67、qwr＝qwr1+qwr2；

68、qwr1＝a×p×k/100；

69、qwr2＝a×c×h；

70、其中，qwr水源涵养功能量，单位m3；qwr1、qwr2分别为作物层和土壤层的水源涵养功能量，单位m3；a为面积，单位m2；p为年降水，单位mm；k为作物拦截比例；c为非毛管孔隙持水量；h为土壤厚度，单位m；

71、所述土壤保持指标功能量核算单元采用修正通用水土流失方程法进行核算：

72、qsr＝r×k×l×s×(1-c)；

73、其中，qsr为土壤保持功能量，单位t；r为降水侵蚀力因子；k为土壤可蚀性因子；l为坡长因子；s为坡度因子；c为植被覆盖因子；

74、所述洪水调蓄指标功能量核算单元采用水量平衡法进行核算：

75、qfm＝(h-h)×a×d；

76、其中，qfm农田的洪水调蓄量，单位m3；h为田埂高度，单位m；h为生长季平均蓄水高度，单位m；d为洪水发生次数；

77、所述空气净化指标功能量核算单元采用污染物净化模型进行核算：

78、

79、其中，qap为空气净化总量，单位t；qi为i类大气污染物的单位面积年净化量，单位t·m-2；

80、所述固碳指标功能量核算单元采用质量平衡法进行核算：

81、

82、其中，为固碳功能量，单位t·co2；为碳转化为二氧化碳的系数；cc为生物量-碳的转换系数；agbt2-agbt1为起止时间内生物量差值；

83、所述释氧指标功能量核算单元采用质量平衡法进行核算：

84、

85、其中，qop为固碳功能量，单位t·o2；为二氧化碳转化为氧的系数；为固碳功能量，单位t·co2。

86、优选的，所述价值量核算模块包括：农产品供给指标价值量核算单元、水源涵养指标价值量核算单元、土壤保持指标价值量核算单元、洪水调蓄指标价值量核算单元、空气净化指标价值量核算单元、固碳指标价值量核算单元和释氧指标价值量核算单元，其中：

87、所述农产品供给指标标价值量核算单元采用市场价值法进行核算：

88、

89、其中，vf为农业产品总价值量；qfi为为i类农业产品的产量；vfi为i类农业产品市场价格；

90、所述水源涵养指标标价值量核算单元采用影子工程法进行核算：

91、vwr＝qwr×pw；

92、其中，qwr水源涵养功能量，单位m3；pw为水库单位库容造价；

93、所述土壤保持指标标价值量核算单元采用替代成本法和机会成本法进行核算：

94、vsr1＝qsr×∑sj×cj×pj；

95、

96、vsr3＝λ×c×qsr/ρ；

97、其中，vsr1为保持土壤肥力价值量；sj为土壤中j物质含量；cj为j物质的化肥转换系数；pj为j化肥市场价格；vsr2为减少废弃耕地价值量；p为农田年均收益；h为土壤厚度，单位m；ρ为土壤容重，单位t·m-3；vsr3为减少泥沙淤积价值量；λ为泥沙淤积系数；c为水库单位库容清淤费用；

98、所述洪水调蓄指标标价值量核算单元采用影子工程法进行核算：

99、vfm＝qfm×pw；

100、其中，vfm为洪水调蓄价值量价值量；pw为水库单位库容造价；

101、所述空气净化指标标价值量核算单元采用替代成本法进行核算：

102、

103、其中，vap为空气净化价值量；qapi为第i种大气污染物的净化量，单位t；ci为第i种大气污染物的治理成本；

104、所述固碳指标标价值量核算单元采用市场价值法进行核算：

105、

106、其中，为固碳价值量；为二氧化碳价格；

107、所述释氧指标标价值量核算单元采用市场价值法进行核算：

108、vop＝qop×po；

109、其中，vop为释氧价值量；po为工业制氧价格。

110、本发明提出的农业光伏发电站生态效益评估方法及系统相较现有技术具有以下有益效果：

111、(1)本发明开创性地以gep为基础，采用了大量的电站调研数据、实地采样数据和室内实验测量数据进行能量价值核算，定量地准确评估光伏影响下的农业用地的生态效益；

112、(2)本发明明确农业光伏电站除经济效益外，还能够提供的潜在的生态效益。

113、(3)本发明将农业光伏电站的生态效应价值化，更加直观地分析农业光伏对生态环境的贡献。