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【探究】水上光伏:中国光伏“新思路”?

作者: 来源: 日期:2015/11/5 10:15:44 人气:0 加入收藏 评论:0 标签:

中国首座浮动式光伏发电站在云南建成,相较日本、英国、韩国等国家已经陆续有浮动式光伏电站落户,我国起步较晚,目前,日本保持着浮动发电场最大输出纪录。但随着产业的发展、技术的进步,相信国内会越来越多的企业开始涉足浮动式光伏发电系统的开发利用。

由日本京瓷株式会社和东京盛世利租赁株式会社共同投资建造的日本兵库县1.7兆瓦、1.2兆瓦大型水上光伏电站于2015年3月底投入运行;另有大阪府岸和田市的储水池“傍示池”上功率约为1.044兆瓦的光伏电站“DREAM Solar Float 1号@神于山”于4月14日开工建设,并于今年10月开始向关西电力公司全量售电。此前,英国、美国亦有浮动式太阳能电站的先例。而国内尚未获得有关水面浮动光伏电站的信息。

京瓷大型水上光伏电站优点

1、浮体架台为中空结构,便于导线通过,减少地面光伏电站中电缆沟等带来的基建、土地成本;

2、水面浮动式光伏电站具有整体性,方便太阳能跟踪系统的安装和运行,减少了地面光伏电站因每块电池板均需安装双轴跟踪系统而造成的成本的极大提高;

3、光伏面板依托于浮体架台漂浮在水面上,由于水的冷却效果,水面光伏电站可比大型地面电站和屋顶分布式光伏电站获得更多发电量;

4、水面浮动式光伏电站可以遮蔽大量的水体,减少水库水的蒸发,同时由于对太阳光的遮挡,形成较大的投影面,一定程度上抑制藻类成长,有利于水污染防治,但并不会影响养殖业;

5、浮体架台100%可回收,所利用高密度聚乙烯,可抗紫外线、抗腐蚀;

6、水面电站依附于水体,台风来临时可随水体浮动避免折损,抵御台风的侵袭;

7、水面浮动式光伏电站依托水体表面,减少对耕地、林地、草地等土地的占用;

8、可通过岸边组装,水路运输、安装便利;


9、水面光伏电站处在水环境中,杜绝了灰尘等固体吸附,实现了真正意义上的免清洗,减少了因光伏面板清洗而造成的成本及电量损失。



图为:日本最大水上光伏电站——兵库县加西市逆池水上兆瓦级光伏电站。



水面浮动式光伏电站的工程造价


以岸和田市储水池上光伏电站为例,储水池面积约为2万平方米,将在其中1万平方米上铺设4016张太阳能电池板,发电规模为1.044兆瓦,投资额约为5亿日元,折合成人民币约为0.258亿,平均千瓦造价为2.47万元,与中国目前地面光伏电站单位千瓦造价8000元的平均水平相比高达3倍。但由于中国与日本的国土资源使用价格、人力成本等相差较大,故此对比仅供参考。

高密度聚乙烯国内成本单价为6500元/吨,地面光伏电站所用镀Zn钢支架国内成本单价为3400元/吨,抗腐蚀的聚乙烯材料价格较高,但考虑到高密度聚乙烯的密度为0.965*103千克/立方米,钢的密度为7.85*103千克/立方米,大约是高密度聚乙烯密度的8倍,所以若只考虑体积因素,则使用聚乙烯的重量为钢重量的1/8,再考虑单价,则使用聚乙烯作为浮体架台的总成本约为用钢支架成本的1/4。


2002年1月1日实施的《全国土地分类(试行)》规定,全国土地分为三大类,即“农用地”、“建设用地”、“未利用地”。依据《中华人民共和国耕地占用税暂行条例》,对“农用地”和“建设用地”作出征税规定,而未涉及对“未利用地”的征税。

图为:日本埼玉县桶川市,在当地水库内建设完成的水上太阳能发电站。12400平方米的水面上漂浮着4500块太阳能电池板,而水面面积达3万平方米的水库及其周边河流充足的水源也拥有良好的冷却效果。



  综上,水面光伏电站的硬件组成部分主要为光伏面板(成本占地面光伏电站的45%)、汇流箱(成本占地面光伏电站的1%)、逆变设备(成本占地面光伏电站的6%)、变压器(成本占地面光伏电站的2.3%)、集电线路(成本占地面光伏电站的2.5%)、聚乙烯浮体架台等。相同情况下,光伏面板、逆变器等价格一定,使用聚乙烯浮体架台成本约为钢支架成本的1/4(钢支架成本约占地面光伏电站总成本的5%-6%),免税水面比征税地面成本要小的多(土地成本占地面光伏电站3%左右),因此,水面光伏电站的整体成本比地面光伏电站的成本要低。安装、人力等成本,由于目前国内尚未有水面光伏电站的先例,再加上地面电站大量土石方工程和交通工程等基建费用往往很高,总之,笔者估算:水面浮动式光伏电站造价一定会低于地面光伏电站。


中国发展水面浮动式光伏电站优势

2014年中国大陆光伏发电累计装机容量2805万千瓦,累计发电量250亿千瓦时。其中,光伏电站2338万千瓦,分布式467万千瓦,新增装机容量1060万千瓦,约占全球新增装机的五分之一,实现了《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》中提出的平均年增1000万千瓦目标。中东部地区新增装机容量达到560万千瓦,占全国的53%,其中,江苏省新增152万千瓦,仅次于内蒙古自治区;河北省新增97万千瓦,居全国前列;西部省份中,内蒙古、青海、甘肃和宁夏均较大。

新增并网电站以大型光伏电站为主要增长动力,未来随着光伏发电应用模式不断创新,分布式规模有望稳步增长。根据国家能源局规划,2015年度全国光伏年度计划新增并网规模15吉瓦,其中集中式电站8吉瓦,分布式7吉瓦(其中屋顶分布式不低于3.15吉瓦),特别提出北京、天津、上海、重庆及西藏地区在不发生弃光的前提下,不设发展规模上限。

1、中国人多地少,发展水面光伏电站可节约使用土地。光伏电站的缺点之一是能量分散,占地面积大。光伏电站为永久性占地,大型地面光伏电站需占用较大的土地面积,根据书籍《太阳能光伏发电系统施工设计与维护》,理论上每10千瓦光伏发电系统占地100平方米,相当于单位千瓦占地10平方米。但为了减少阴影效应,减少发电量的损失,电池板之间需要存在一定的间隔距离,从而进一步加大了占地面积。整个光伏电站平均千瓦占地20—30平方米。

2、中国北方蒸发量大于降雨量,发展水面光伏电站可以减少水面蒸发量。近40年我国干旱半干旱区降水量与蒸发量均在减小,但降水量的减小速度大于蒸发量,水分的收支不平衡造成气候的干燥化程度日甚。水面光伏电站由于遮盖大量的水体表面,可以减少水分蒸发。

3、中国有3.2万公里长海岸线,有极大发展水面光伏电站的地形优势。中国拥有近300万平方公里的海域,海岸线分为大陆岸线与海岛岸线,其中大陆岸线为18000公里。其北部起始点为鸭绿江口,南方终点为北仑河口。沿线发展水面光伏电站,不仅操作难度系数较低,还可全面为沿线经济发达地带提供电力支持。

4、中国有8.6万座水库(截至2012年底),总库容6924*108立方米,全国水库水面总面积25619千公顷,即3842.9万亩(截至1996年10月31日),具备大规模发展水面光伏电站的先决条件。水库表面主要用于蓄水、发电、灌溉、养殖、风景旅游和生态保护。现有水库水面90%以上可供养殖,实际养殖面积仅占可利用总面积的78%,而且单位面积产量普遍较低,但水面光伏电站并不会影响养殖业的发展。

5、中国湖泊众多,总面积9.1万km2,面积1千平方米以上的有2700多个,发展水面光伏电站条件充裕。

6、水面光伏电站对环境十分友好,浮体架台等设备可100%回收,且太阳能发电效率高。

综上所述,中国应大力发展水面光伏电站,在提升经济效益的同时,保持环境的健康、和谐发展。

我国若开展此领域研发须考虑的问题

1、作为水面光伏电站的重要支撑平台,浮体架台是关系到整个光伏电站能否正常运行发电的重要环节。目前光伏电站的全生命周期为25年,浮体架台必须相应具有良好的抗腐蚀性能、低密度、抗冻胀、抗风浪等特性,来与之匹配。

日本兵库县大型水上光伏电站选用了高密度的聚乙烯作为浮体架台,聚乙烯无臭,无毒,具有优良的耐低温性能,能耐大多数酸碱侵蚀。常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性优良,耐冲击性好。但硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用,易燃烧且离火后继续燃烧,易发生光氧化、热氧化、臭氧分解,在紫外线作用下容易发生降解。因此可尝试比聚乙烯更加耐光氧化、热氧化、抗紫外线的型材,或是通过在型材外镀层等方式增强上述防御性能,使浮体架台更耐用、使用寿命更长。

中国是世界上竹资源最丰富、竹林面积最大、竹产量最大的国家,素有“竹子王国”之称。全国约有竹林330万公项,占世界的30%以上,竹材产量约占世界总产量的1/3,这是建造水面浮动式光伏电站的日本所不具备的。在追求绿色低碳的今天,竹子不仅低成本(粗加工后的竹子1000元/吨,价格约为聚乙烯的1/6)、低能耗,其做成的竹筏更具有吃水浅、浮力大等特点。但未经处理的竹筏平均使用寿命仅有2、3年,如对竹产品进行处理,使其在水中具有更良好的耐腐蚀性,将使水面光伏电站造价大幅降低。

2、合适的选址是保证试验成功的关键,可考虑在大陆内气候静风区的湖泊和水库进行试验。如金沙江,具有径流丰沛且较稳定、风速低、光照条件较好、开发条件较好等特点。

3、水面光伏电站既可实现产能并网,又可作为分布式储能光伏电站,为水面的养殖、风景旅游、生态等提供电力支持。作为分布式离网储能电站,储能设备的选择是关键,选择较低成本较高性能的蓄电池将显得尤为重要。




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