蓄滞洪区新能源设施建设风险效益研究与思考

孙 乾，丁志宏，刘 钢

（1.宁夏回族自治区大柳树水利枢纽工程前期工作中心，宁夏 银川 750002；2.中水北方勘测设计研究有限责任公司规划发展研究院，天津 300222；3.天津大学管理与经济学部，天津 300072）

“双碳”目标是我国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求而作出的重大战略决策，彰显了中国积极应对气候变化、走绿色低碳发展道路、推动全人类共同发展的坚定决心，展示了新时代中国的大国形象和大国担当[1]。

能源是社会经济发展的重要物质基础，化石能源消费也是碳排放的最主要来源，实施碳达峰、碳中和的“双碳战略”要求大力发展新能源、因地制宜开发新能源、加快建设新型电力系统。据统计，截至2021年，全国已建、在建水力发电装机规模约393 GW，其中抽水蓄能装机规模3.64 GW、光伏并网装机容量达到306 GW，连续7 a 稳居全球首位，风电、光伏发电量占全国用电量比重达11%左右。我国能源结构持续优化，能源体系正向低碳化、多元化、多极化和智能化迈进。

蓄滞洪区主要是指河堤外洪水临时贮存的低洼地区及湖泊等，其中多数蓄滞洪区在历史上就是江河洪水淹没和蓄洪的场所。蓄滞洪区包括行洪区、分洪区、蓄洪区和滞洪区。

受限于其功能定位，蓄滞洪区的基础设施建设和社会经济发展受到一定的政策制约和建设限制，使其在招商引资、经济发展等方面处于弱势地位，发展相对较慢[2]。以风电和光伏发电设施为代表的新能源基础设施具有绿色、低碳、立体开发的优势，对于行洪、蓄洪的影响较小。在“双碳”目标牵引下，如何科学、合理、高效、经济地开发利用蓄滞洪区进行新能源基础设施建设，实现在一定的可接受风险条件下的经济性绿色开发，是贯彻“绿水青山就是金山银山”理念，实现绿色发展、可持续发展的一条可以探索的实践途径。

1 研究任务

在蓄滞洪区内建设新能源基础设施具有风险和效益双重性，对此开展风险效益分析工作的研究任务可以概括为以下4项。

1.1 蓄滞洪区的可利用地块快速识别

采用层次分析法（AHP）和GIS 叠加分析相结合的综合评价方法，在深入了解蓄滞洪区范围内的风能/太阳能资源、土地利用、地形特征等影响因素基础上，构建用于快速筛选风电场/光伏电站可利用地块的宏观选址综合评价模型。

1.2 蓄滞洪区的生态系统价值损益评估

在蓄滞洪区开发建设光伏、风电等新能源设施，必将一定程度上改变已有的土地利用方式，从而引起生态系统服务功能发生替代损益，需要明确特定服务的供需状态，评估蓄滞洪区建设新能源基础设施之后的生态系统服务替代损益。

1.3 蓄滞洪区的可持续发展贡献评估

重点考虑防洪安全、能源安全、低碳发展等方面，构建蓄滞洪区的新建新能源基础设施对区域可持续发展水平影响的评价指标体系，结合典型蓄滞洪区发展需求，评估蓄滞洪区新能源基础设施建设的生态承载底线、产业提升路径。

1.4 蓄滞洪区的风险损失与效益评估

构建在不同洪水深度、历时、流速淹没下的光伏、风电等新能源设施产能损失曲线，核算因灾造成的直接经济损失；核算新能源和传统能源产品替代产生的经济效益。定量评估新能源设施开发给企业、地方带来的经济影响；定量评估在蓄滞洪区开发新能源设施对流域、区域防洪安全和碳排放产生的影响，评价其环境影响。

2 技术方法

评价蓄滞洪区内的新能源基础设施建设的风险和效益是一项具有一定探索性的新工作领域，需要采用多种研究方法，简述如下。

2.1 多学科交叉研究方法

蓄滞洪区生态系统服务损益价值评估研究涉及水文学、环境科学、生态经济学、系统工程等学科领域，故采用多学科交叉的研究方法。从水文学、环境科学角度，全面系统地分析蓄滞洪区生态系统服务物质流的自然变化过程；从生态经济学角度，探讨供需权衡下的蓄滞洪区生态系统服务替代损益价值评估方法；从系统工程角度，构建蓄滞洪区内的新能源基础设施建设对区域可持续发展贡献的评价技术。

2.2 数值模型法

运用水动力模型，模拟不同来水频率下的蓄滞洪区的水深、流速、淹没历时的时空分布情况。按照水动力模型模拟的维度，水动力模型可以分为一维水动力模型、二维水动力模型以及三维水动力模型。在洪水模拟中，一维水动力模型具有计算效率高、所需要基础数据少等优点，但应用范围较为局限，主要用来模拟计算城市地下管网、河网、街道的洪水演进，但不适用于街道交汇处和广场等区域。二维水动力模型则主要用来模拟街道交汇处、广场、湖泊等具有明显二维流动特性的区域。由于在算法实现上的难度以及模拟计算时的工作量等原因，三维水动力模型在常规洪水模拟中应用不甚广泛。从众多研究成果中可以看出，在大中空间尺度的面状区域地表洪水模拟中主要采用二维水动力模型[3-5]。

2.3 田野实验法

田野实验法又叫实地调研法，属于社会科学研究方法，一般在真实环境中进行，通过设置不同的干扰参数，观察统计各个变量之间的关系。由于实验的设计不仅要考虑自变量与应变量，更应注意设置需要控制不变的控制变量，才能更有效地检测出自变量与应变量之间的关系。最常见的设计是进行干预组（随机指定一些实验对象来接受专门的处理）和控制组（没有接受过处理的实验对象）的划分和对照。以新能源设施的光伏板为例，在田野实验中可将淹没水深、光伏板的安置高度、角度等作为控制变量，将天气等环境因素作为固定变量，统计不同情境下光伏板的产能情况。

2.4 成本收益分析法

成本收益分析法是经济学中较为普遍的分析方法，该方法的基础是追求效用最大化，即在经济活动中以最少的投入获得最大的收益。成本主要指机会成本，在企业中，指利用一定时间或资源生产一种商品时，从而失去的利用这些时间或资源生产其他最佳替代品的机会。收益即指企业因此活动而产生的盈利。具体可通过收集传统能源设施和新能源设施的搭建成本、产量和产值等数据，分析新能源设施的机会成本，比较二者产生的经济效益。

2.5 足迹核算方法

水足迹是指产品生产活动中消耗的水资源量，水足迹评价作为一种分析工具，能够很好地描述人类活动和水资源短缺间的紧密关系。具体可采用自下而上的水足迹核算方法，即从新能源设施的原材料生产和加工为起点，包括能源设施的装配、产品的生产、运输，直至到产品被消费的所有过程中，核算消耗的总水量。生产产品所消耗的总水量即为产品的水足迹。碳足迹指企业机构、活动、产品或个人通过交通运输、食品生产和消费以及各类生产过程等引起的温室气体排放的集合。同水足迹核算一样，具体可采用自下而上的碳足迹核算方法，核算新能源设施从原材料制造过程到最终产品消费阶段排放的所有二氧化碳量。生产产品所排放的总二氧化碳量即为产品的碳足迹。

3 研究内容

3.1 蓄滞洪区的可利用地块快速识别

本项任务的研究内容可以分为5个部分，具体如下。

（1）剔除不可利用地块。借助土地分类数据和遥感影像解译结果，剔除城市、村庄、耕地、自然保护区、水系等不允许建立风电场或光伏电站的区域。

（2）建立评价指标体系。考虑风能/太阳能资源、地形、交通、土地利用和气象灾害等影响因素，为每类影响因素选择合适的定量或定性评价指标，并构建宏观选址综合评价的指标体系。

（3）单指标适宜性评价。对所有评价指标进行适宜性量化处理，将计量单位和数量级别不同的各个定量和定性指标统一到一个量化的指标体系中，便于场址评价中进行分析和处理。

（4）层次分析综合评价模型建立。确定层次分析结构的目标层、准则层和指标层，根据各个指标对评价结果影响的相对重要性，确定指标权重。

（5）空间叠加综合评价。利用层次分析法将指标适宜性进行叠加分析，得到地块的适宜性综合评价分数。

3.2 蓄滞洪区的生态系统价值损益评估

本项任务的研究内容可以分为3个部分，具体如下。

（1）蓄滞洪区生态系统服务物质量核算技术。基于联合国千年生态评估分析框架，采用InVEST软件平台，在高精度格网下系统评估典型蓄滞洪区生态系统服务（供给、调节、文化）的物质量规模。

绘制典型蓄滞洪区生态系统服务体系的空间谱图，构建蓄滞洪区生态系统服务的热点与冷点区域绘制技术，揭示蓄滞洪区土地开发利用与生态系统服务的互馈关系。

（2）蓄滞洪区生态系统服务供需权衡分析技术。考虑到区域经济发展和生态系统服务的供需互馈具有非线性、动态性和不确定性等特点，采用“驱动力-压力-状态-影响-响应”的复杂系统分析模型，分析蓄滞洪区生态系统服务供需的多主体、多要素、多场景、多目标、多过程系统特征，通过田野调查，辨识蓄滞洪区生态系统服务与经济社会需求之间的复杂互馈机制。

考虑典型供需场景下的关键控制要素贡献差异，采用系统动力学方法，构建蓄滞洪区生态系统服务供需互馈分析技术，利用蓄滞洪区生态系统服务需求定量评估技术，辨识蓄滞洪区经济社会发展对生态系统服务能力的需求结构。

结合统计资料、遥感遥测数据资料，采取空间计量分析方法，从产量、存量、流量3 个方面构建典型蓄滞洪区生态系统服务供需盈亏权衡分析模型，从供需平衡角度分析生态系统服务能否满足经济社会发展以及生态系统自我维持需求，揭示蓄滞洪区经济社会发展对特定生态系统服务的价值偏好。

（3）蓄滞洪区+光伏的生态系统服务替代损益价值评估技术。综合运用生态系统生产总值（GEP）核算方法体系，结合典型蓄滞洪区对特定生态系统服务的价值偏好，构建蓄滞洪区生态系统服务供需状态的价值量化模型。其中，供给服务主要采用市场价格法评估；支持服务主要采用替代成本法、边际收益法评估；文化服务主要采用支付意愿法评估。

考虑不同生态系统服务之间供需状态对特定服务价值偏好的影响，通过问卷分析与模拟计算，设计生态系统服务替代情境体系，构建典型蓄滞洪区生态系统服务替代方案集，从服务替代直接损益、服务维持机会成本、服务替代交叉影响等方面评估生态系统服务可替代度，构建蓄滞洪区建设新能源基础设施的生态系统服务替代损益价值评估技术。

3.3 蓄滞洪区的可持续发展贡献评估

基于联合国2030 可持续发展目标评价体系（SDGs），围绕经济、社会、生态环境3个方面，重点考虑防洪安全、能源安全、低碳发展等方面因素，构建蓄滞洪区新能源基础设施建设对区域可持续发展水平影响的评价指标体系。

采用系统动力学模型，构建区域可持续发展的动态预测评价模型，结合典型蓄滞洪区发展需求，评估蓄滞洪区建设新能源基础设施的生态承载底线、产业提升路径的合理性。

3.4 蓄滞洪区的风险损失与效益评估

本项任务的研究内容可以分为3个部分，具体如下。

（1）灾害对新能源设施的直接影响评价。洪涝灾害是蓄滞洪区范围内最为频繁发生的灾害，也是造成该区域内光伏、风电等新能源设施直接损失的主要灾害。灾害对新能源设施的影响主要表现为产能损失，即新能源设施因灾害事件而导致产能下降或停止生产从而引发的损失风险。为了衡量洪灾和新能源设施产能之间的关系，具体可通过田野实验和数值模拟，结合主管部门、建设单位、行业专家的实践经验和集体意见，收集不同水淹深度下、不同设置情景的新能源设施产能数据和信息，构建在不同洪水深度淹没下光伏、风电等新能源设施产能的损失曲线，核算因灾造成的直接经济损失，定量评估新能源设施在洪涝灾害中产生的直接风险。

（2）新能源设施开发的经济影响评价。新能源设施开发的经济影响主要指因新能源设施的生产和服务活动而给企业、当地及周边带来的经济效益。当企业在本地的生产量无法满足本地用户需求量时，企业需从外部调入产品以平衡供需市场，此时，新能源设施的产品可以用来替代企业从外部调入的产品量。当企业在本地的生产已经可以满足本地市场时，新能源设施的产品可以用来代替本地传统能源设施产品，也可以用来出口到其他地区，极大地推进本地的经济发展。具体可采用成本收益分析方法，通过比较单位产量或价值内传统能源设施和新能源设施的生产、外部调入和调出成本，核算新能源和传统能源产品替代产生的经济效益，定量评估新能源设施开发给企业、当地及周边带来的经济影响。

（3）新能源设施开发的环境影响评价。新能源设施与传统能源设施相比，在环境方面有着极为显著的积极影响，尤其是在节约用水和减少碳排放方面。基于水足迹和碳足迹的理念，定量评估新能源设施开发对水资源和碳排放产生的影响。具体可通过收集传统能源设施和新能源设施的生命周期数据，核算同一产品不同生产方式引发的水足迹和碳足迹，定量评估新能源设施开发在产品和企业层面、蓄滞洪区层面所引发的环境影响。

4 结语

蓄滞洪区作为流域防洪工程体系的重要组成部分，在承担防洪减灾任务的同时，也承担了发展滞后的损失。结合新形势、新任务，因地制宜地在蓄滞洪区内适度建设以光伏发电、风力发电为代表的新能源基础设施，在不影响防洪安全的前提下，由建设主体承担风险损失、创造相应的生态价值、经济效益是实现蓄滞洪区绿色低碳、高质量发展的一条可行途径。本文所述的研究内容是对开展此项工作的技术思考。