地球科学进展

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (2): 193 -206. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.013

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陆上风光发电设施影响下的碳循环过程研究评述
杨小雪1,2(), 吴川东1,2, 刘鹄1,2,3(), 赵文智1,2,3, 何志斌1,2,3   
  1. 1.中国科学院西北生态环境资源研究院，中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站，甘肃 兰州 730000
    2.中国科学院大学，北京 100010
    3.中国科学院西北生态环境 资源研究院 干旱区生态安全与可持续发展重点实验室，甘肃 兰州 730000
  • 收稿日期:2024-12-03 修回日期:2025-01-15 出版日期:2025-02-10
  • 通讯作者: 刘鹄 E-mail:yangxiaoxue22@mails.ucas.ac.cn;lhayz@lzb.ac.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(U23A2063);甘肃省拔尖领军人才计划(E339040101)

Carbon Cycling Processes in Onshore Wind and Solar Farms: A Review

Xiaoxue YANG1,2(), Chuandong WU1,2, Hu LIU1,2,3(), Wenzhi ZHAO1,2,3, Zhibin HE1,2,3   

  1. 1.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Linze Inland River Basin Research Station, Chinese Ecosystem Research Network, Lanzhou 730000, China
    2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100010, China
    3.Key Laboratory of Ecological Safety and Sustainable Development in Arid Lands, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
  • Received:2024-12-03 Revised:2025-01-15 Online:2025-02-10 Published:2025-04-17
  • Contact: Hu LIU E-mail:yangxiaoxue22@mails.ucas.ac.cn;lhayz@lzb.ac.cn
  • About author:YANG Xiaoxue, research area includes ecosystems. E-mail: yangxiaoxue22@mails.ucas.ac.cn
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China(U23A2063);Gansu Leading Talents Program(E339040101)
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风能与光能在减少温室气体排放、促进能源转型等方面具有无可比拟的优势。但是，陆上风光电站建设占用大量土地资源并改变土地利用类型，且发电设施运行也会改变局地微气候环境与场地生态水文过程，从而深刻影响陆地碳循环过程。因此，明确风光电站对场地碳循环过程的潜在影响对新能源产业可持续发展具有重要意义。通过系统梳理近20年来关于陆上风光电站碳循环特征、影响机制、碳库动态与稳定性等方面的研究成果，发现干旱荒漠环境中的风光电站能够改善场地微气候、促进植被恢复并提高固碳潜力，但其碳库的时空动态存在较大的不确定性。未来需要针对不同生态系统风光电站开展碳循环过程的多尺度长期监测，加强电站内地上—地下碳过程的协同机制研究，揭示陆上风光电站固碳潜力及其时空特征，为国家未来风光能源可持续发展提供科学参考。

关键词: 光伏发电, 风力发电, 碳循环过程, 微气候, 固碳潜力

Wind and solar energy have unparalleled advantages in reducing greenhouse gas emissions and promoting energy transitions. However, the construction of onshore wind/solar farms occupies a tremendous amount of land resources and changes land use considerably. The operation of power generation facilities further changes the local microclimate and ecohydrological processes, profoundly affecting terrestrial carbon cycle processes. Therefore, it is important to clarify the potential impacts of wind/solar farms on the carbon cycle process at the site for sustainable development of the new energy industry. A systematic review of the research undertaken over the past two decades was conducted in this study, with special emphasis on the carbon cycle characteristics, impact mechanisms, and the dynamics and stability of carbon pools in onshore wind/solar farms. The results indicate that these wind/solar farms have the potential to improve local climate conditions, promote the restoration of vegetation, and thus increase the carbon sequestration potential in arid desert environments. However, considerable uncertainties exist regarding the recovery potential of either vegetation or soil carbon pools for wind/solar farms. We argue that there is an urgent need to ① conduct multi-scale and long-term monitoring of the carbon cycling processes in wind/solar farms, ② strengthen research on the synergistic mechanisms of the above- and below-ground carbon processes in onshore wind/solar farms, and ③ quantitatively determine the carbon sequestration potential and its spatial and temporal characteristics in wind/solar farms. These efforts are expected to provide scientific references for sustainable design, management, and development of renewable energy sources in the future.

Key words: Solar energy, Wind energy, Carbon cycle processes, Microclimate, Carbon sequestration potential

中图分类号: 

图1 全球与中国风电与光伏累计装机分布图
（a）全球风电累计装机分布图；（b）全球光电累计装机分布图；（c）中国风电累计装机分布图；（d）中国光电累计装机分布图（全球数据引自IRENA，2023，中国数据引自中国光伏行业协会与中国风能专委会，2023）
Fig. 1 The cumulative installed capacity of solar and wind power in the world and China
（a） Wind power in the world； （b） Solar power in the world； （c） Wind power in China； （d） Solar power in China （the global data are collected from IRENA， 2023， China data are collected from China Photovoltaic Industry Association and China Wind Energy Special Committee， 2023）
图2 陆上风光电站碳循环过程及微气候变化示意图
（a）生态系统碳循环；（b）风机对气候的影响；（c）光伏面板下的能量平衡（据参考文献［46］修改）
Fig. 2 Schematic diagram of carbon cycle process and microclimate change in onshore wind/solar farms
（a） The ecosystem carbon cycle； （b） The impact of wind turbines on climate；（c） The energy balance under PV panels （modified after reference ［46］）
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