漂浮太阳能

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漂浮太阳能漂浮光伏是指将太阳能电池板阵列安装在漂浮于水面的基台上。

这项技术还处在早期应用阶段,但呈指数型增长态势。从2008年到2014年,最初的20个漂浮光伏电站的装机容量只有十几个KW,且累计装机容量只有10MW。到2018年,全球累计装机容量已经达到1.3GW,翻了100倍。韩国政府在2019年7月宣布将于2020下半年开始建设一个容量高达2.1GW的漂浮光伏项目,该项目位于新万金海堤内,完工后的装机容量将是目前最大漂浮光伏项目的14倍。

技术特点
優點

增加效率: 漂浮光伏天然拥有一个水降温系统,保守估计可以增加5%的电量产出,在炎热气候条件下,可能达到10%-15%。儲水庫等開放的理境保證了风速,有助于光伏板降温。

无需占用土地: 除电柜和电网连接外,漂浮太阳能无需占用土地,

2015年,日本在7個月內建造了兩個漂浮太阳能發電場,提供達2.9MW電力。

2017年,香港分别在石壁水塘和船湾淡水湖安装了100KW的小型浮动光伏系统供電給水塘內部使用。

2022年,最大的漂浮光伏發電場是位于中国德州市,發量320MW。

下图显示了全球漂浮光伏的安装增长情况,数据来自世界银行的“Where Sun Meets Water : Floating Solar Market Report - Executive Summary (English)”。

水电和光伏联合发电
水电和漂浮光伏联合发电还处于早期阶段,只在葡萄牙的一个水库装有一个218kw的小型漂浮光伏系统,但全球有一些大型的项目正在讨论或计划实施。世界上最大的水电和光伏联合发电系统是中国青海省的龙羊峡水电站和30公里外的地面光伏电站,光伏装机容量达到了850MW。因为水力发电容易调节,水电可选择在清晨和晚上发电,而在光伏发电量大的时候减少或停止发电,这样所有的电力都可以被电网吸收。水光联合发电还有一定的季节互补效应,在雨季光伏的发电量会少一些,而可供发电的水量大一些,在旱季则正好相反。

海上漂浮光伏
尽管在海上安装漂浮光伏会面临更大的风和海浪的挑战,但全球也出现了少数的案例。马尔代夫用海上漂浮光伏为某些旅游点供电,挪威则用来为一个大型渔场供电。一家公司宣布将在新加坡建造装机容量为5MW的海上漂浮光伏。

潜力
据美国国家可再生能源实验室的研究报告,仅美国27%的已确定适合安装漂浮光伏的水面就可以满足将近10%的美国电力需求。大型水力发电站都会造就一个大型的水库,理论上都可以用来安装漂浮光伏,并且只需覆盖少量的水面就可以产生出和水电站峰值一样的发电量。例如埃及的阿斯旺大坝,水库面积达到了5千平方公里,只需在1%的水库表面安装光伏,就可以产生出和阿斯旺大坝一样的电量。

2023年,一份在自然-永續性雜誌發表的研究報告指出,全球114,555水塘,若當中30%的面積安設漂浮太阳能,潛在發電量達每年9,434 ± 29 TWh。而因為加設漂浮太阳能裝置而減少的飲用水蒸發足以滿足3億人的需要。因為水塘的地點離人口密集地區不會過遠,而且多已有現存的供電綱絡,有相當可行性,估計到2026年,全球浮太阳能將達4.8GW。

度电成本
2018年交付的漂浮光伏项目成本大部分处于0.8-1.2美金之间,依照项目的地点、水体的深度、深度的变化幅度和项目的大小,成本的变化很大。漂浮光伏的造价相对地面光伏要高出18%,不过更大的发电量有助于降低度电成本。

挑战
目前漂浮光伏还存在下面的一些挑战。

相对于陆基光伏,漂浮光伏缺乏健全的跟踪记录,大型的项目目前只有4年的历史。

目前漂浮体所用的材料一般是高密度聚乙烯,已经用于饮用水管道,不会降解或污染水源,但是这还需要进一步的验证。

如何保障电气部分在水上的安全运行、漂浮件的锚固和系泊等。

水生物污染。

维护困难,一般要用船才能靠近,水下的锚固件检视可能要用到潜水员。

一般的漂浮体只有5-10年的质保。

备注
参考书目
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*Howard, E. and Schmidt, E. 2008. Evaporation control using Rio Tinto's Floating Modules on Northparks Mine, Landloch and NCEA. National Centre for Engineering in Agriculture Publication 1001858/1, USQ, Toowoomba.
*McJannet, D.L., Webster, I.T., Stenson, M. and Sherman, B., 2008. A method to estimate open water evaporation losses across the Murray Darling Basin. CSIRO Report.
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