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水上光伏電站有哪些優點?我國發展水上電站該考慮哪些問題?

水上光伏電站有哪些優點?我國發展水上電站該考慮哪些問題?

  中國首座浮動式光伏發電站在云南建成,相較日本、英國、韓國等國家已經陸續有浮動式光伏電站落戶,我國起步較晚,目前,日本保持著浮動發電場最大輸出紀錄。但隨著產業的發展、技術的進步,相信國內會越來越多的企業開始涉足浮動式光伏發電系統的開發利用。

  由日本京瓷株式會社和東京盛世利租賃株式會社共同投資建造的日本兵庫縣1.7兆瓦、1.2兆瓦大型水上光伏電站于2015年3月底投入運行;另有大阪府岸和田市的儲水池“傍示池”上功率約為1.044兆瓦的光伏電站“DREAM Solar Float1號@神于山”于4月14日開工建設,并于今年10月開始向關西電力公司全量售電。此前,英國、美國亦有浮動式太陽能電站的先例。而國內尚未獲得有關水面浮動光伏電站的信息。

  京瓷大型水上光伏電站優點

  1、浮體架臺為中空結構,便于導線通過,減少地面光伏電站中電纜溝等帶來的基建、土地成本;

  2、水面浮動式光伏電站具有整體性,方便太陽能跟蹤系統的安裝和運行,減少了地面光伏電站因每塊電池板均需安裝雙軸跟蹤系統而造成的成本的極大提高;

  3、光伏面板依托于浮體架臺漂浮在水面上,由于水的冷卻效果,水面光伏電站可比大型地面電站和屋頂分布式光伏電站獲得更多發電量;

  4、水面浮動式光伏電站可以遮蔽大量的水體,減少水庫水的蒸發,同時由于對太陽光的遮擋,形成較大的投影面,一定程度上抑制藻類成長,有利于水污染防治,但并不會影響養殖業;

  5、浮體架臺100%可回收,所利用高密度聚乙烯,可抗紫外線、抗腐蝕;

  6、水面電站依附于水體,臺風來臨時可隨水體浮動避免折損,抵御臺風的侵襲;

  7、水面浮動式光伏電站依托水體表面,減少對耕地、林地、草地等土地的占用;

  8、可通過岸邊組裝,水路運輸、安裝便利;

  9、水面光伏電站處在水環境中,杜絕了灰塵等固體吸附,實現了真正意義上的免清洗,減少了因光伏面板清洗而造成的成本及電量損失。

  水面浮動式光伏電站的工程造價

  以岸和田市儲水池上光伏電站為例,儲水池面積約為2萬平方米,將在其中1萬平方米上鋪設4016張太陽能電池板,發電規模為1.044兆瓦,投資額約為5億日元,折合成人民幣約為0.258億,平均千瓦造價為2.47萬元,與中國目前地面光伏電站單位千瓦造價8000元的平均水平相比高達3倍。但由于中國與日本的國土資源使用價格、人力成本等相差較大,故此對比僅供參考。

  高密度聚乙烯國內成本單價為6500元/噸,地面光伏電站所用鍍Zn鋼支架國內成本單價為3400元/噸,抗腐蝕的聚乙烯材料價格較高,但考慮到高密度聚乙烯的密度為0.965*103千克/立方米,鋼的密度為7.85*103千克/立方米,大約是高密度聚乙烯密度的8倍,所以若只考慮體積因素,則使用聚乙烯的重量為鋼重量的1/8,再考慮單價,則使用聚乙烯作為浮體架臺的總成本約為用鋼支架成本的1/4。

  2002年1月1日實施的《全國土地分類(試行)》規定,全國土地分為三大類,即“農用地”、“建設用地”、“未利用地”。依據《中華人民共和國耕地占用稅暫行條例》,對“農用地”和“建設用地”作出征稅規定,而未涉及對“未利用地”的征稅。

  12400平方米的水面上漂浮著4500塊太陽能電池板,而水面面積達3萬平方米的水庫及其周邊河流充足的水源也擁有良好的冷卻效果。

  綜上,水面光伏電站的硬件組成部分主要為光伏面板(成本占地面光伏電站的45%)、匯流箱(成本占地面光伏電站的1%)、逆變設備(成本占地面光伏電站的6%)、變壓器(成本占地面光伏電站的2.3%)、集電線路(成本占地面光伏電站的2.5%)、聚乙烯浮體架臺等。

  相同情況下,光伏面板、逆變器等價格一定,使用聚乙烯浮體架臺成本約為鋼支架成本的1/4(鋼支架成本約占地面光伏電站總成本的5%-6%),免稅水面比征稅地面成本要小的多(土地成本占地面光伏電站3%左右),因此,水面光伏電站的整體成本比地面光伏電站的成本要低。

  安裝、人力等成本,由于目前國內尚未有水面光伏電站的先例,再加上地面電站大量土石方工程和交通工程等基建費用往往很高,總之,筆者估算:水面浮動式光伏電站造價一定會低于地面光伏電站。

  中國發展水面浮動式光伏電站優勢

  2014年中國大陸光伏發電累計裝機容量2805萬千瓦,累計發電量250億千瓦時。其中,光伏電站2338萬千瓦,分布式467萬千瓦,新增裝機容量1060萬千瓦,約占全球新增裝機的五分之一,實現了《國務院關于促進光伏產業健康發展的若干意見》中提出的平均年增1000萬千瓦目標。

  中東部地區新增裝機容量達到560萬千瓦,占全國的53%,其中,江蘇省新增152萬千瓦,僅次于內蒙古自治區;河北省新增97萬千瓦,居全國前列;西部省份中,內蒙古、青海、甘肅和寧夏均較大。

  新增并網電站以大型光伏電站為主要增長動力,未來隨著光伏發電應用模式不斷創新,分布式規模有望穩步增長。根據國家能源局規劃,2015年度全國光伏年度計劃新增并網規模15吉瓦,其中集中式電站8吉瓦,分布式7吉瓦(其中屋頂分布式不低于3.15吉瓦),特別提出北京、天津、上海、重慶及西藏地區在不發生棄光的前提下,不設發展規模上限。

  1、中國人多地少,發展水面光伏電站可節約使用土地。光伏電站的缺點之一是能量分散,占地面積大。光伏電站為永久性占地,大型地面光伏電站需占用較大的土地面積,根據書籍《太陽能光伏發電系統施工設計與維護》,理論上每10千瓦光伏發電系統占地100平方米,相當于單位千瓦占地10平方米。

  但為了減少陰影效應,減少發電量的損失,電池板之間需要存在一定的間隔距離,從而進一步加大了占地面積。整個光伏電站平均千瓦占地20—30平方米。

  2、中國北方蒸發量大于降雨量,發展水面光伏電站可以減少水面蒸發量。近40年我國干旱半干旱區降水量與蒸發量均在減小,但降水量的減小速度大于蒸發量,水分的收支不平衡造成氣候的干燥化程度日甚。水面光伏電站由于遮蓋大量的水體表面,可以減少水分蒸發。

  3、中國有3.2萬公里長海岸線,有極大發展水面光伏電站的地形優勢。中國擁有近300萬平方公里的海域,海岸線分為大陸岸線與海島岸線,其中大陸岸線為18000公里。其北部起始點為鴨綠江口,南方終點為北侖河口。沿線發展水面光伏電站,不僅操作難度系數較低,還可全面為沿線經濟發達地帶提供電力支持。

  4、中國有8.6萬座水庫(截至2012年底),總庫容6924*108立方米,全國水庫水面總面積25619千公頃,即3842.9萬畝(截至1996年10月31日),具備大規模發展水面光伏電站的先決條件。水庫表面主要用于蓄水、發電、灌溉、養殖、風景旅游和生態保護。

  現有水庫水面90%以上可供養殖,實際養殖面積僅占可利用總面積的78%,而且單位面積產量普遍較低,但水面光伏電站并不會影響養殖業的發展。

  5、中國湖泊眾多,總面積9.1萬km2,面積1千平方米以上的有2700多個,發展水面光伏電站條件充裕。

  6、水面光伏電站對環境十分友好,浮體架臺等設備可100%回收,且太陽能發電效率高。

  綜上所述,中國應大力發展水面光伏電站,在提升經濟效益的同時,保持環境的健康、和諧發展。

  我國若開展此領域研發須考慮的問題

  1、作為水面光伏電站的重要支撐平臺,浮體架臺是關系到整個光伏電站能否正常運行發電的重要環節。目前光伏電站的全生命周期為25年,浮體架臺必須相應具有良好的抗腐蝕性能、低密度、抗凍脹、抗風浪等特性,來與之匹配。

  日本兵庫縣大型水上光伏電站選用了高密度的聚乙烯作為浮體架臺,聚乙烯無臭,無毒,具有優良的耐低溫性能,能耐大多數酸堿侵蝕。常溫下不溶于一般溶劑,吸水性小,電絕緣性優良,耐沖擊性好。但硝酸和硫酸對聚乙烯有較強的破壞作用,易燃燒且離火后繼續燃燒,易發生光氧化、熱氧化、臭氧分解,在紫外線作用下容易發生降解。因此可嘗試比聚乙烯更加耐光氧化、熱氧化、抗紫外線的型材,或是通過在型材外鍍層等方式增強上述防御性能,使浮體架臺更耐用、使用壽命更長。

  中國是世界上竹資源最豐富、竹林面積最大、竹產量最大的國家,素有“竹子王國”之稱。全國約有竹林330萬公項,占世界的30%以上,竹材產量約占世界總產量的1/3,這是建造水面浮動式光伏電站的日本所不具備的。

  在追求綠色低碳的今天,竹子不僅低成本(粗加工后的竹子1000元/噸,價格約為聚乙烯的1/6)、低能耗,其做成的竹筏更具有吃水淺、浮力大等特點。但未經處理的竹筏平均使用壽命僅有2、3年,如對竹產品進行處理,使其在水中具有更良好的耐腐蝕性,將使水面光伏電站造價大幅降低。

  2、合適的選址是保證試驗成功的關鍵,可考慮在大陸內氣候靜風區的湖泊和水庫進行試驗。如金沙江,具有徑流豐沛且較穩定、風速低、光照條件較好、開發條件較好等特點。

  3、水面光伏電站既可實現產能并網,又可作為分布式儲能光伏電站,為水面的養殖、風景旅游、生態等提供電力支持。作為分布式離網儲能電站,儲能設備的選擇是關鍵,選擇較低成本較高性能的蓄電池將顯得尤為重要。

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