我國水上光伏電站的新機遇、新發(fā)展和新挑戰　

作者/ 陳東坡 賽迪顧問(wèn)半導體產(chǎn)業(yè)研究中心高級分析師(北京 100048)

摘要：本文介紹了國內光伏電站建設產(chǎn)業(yè)中心的轉移給整個(gè)行業(yè)帶來(lái)的機遇和挑戰。

引言

　　自“領(lǐng)跑者計劃”及“十三五”規劃出臺以后，光伏電站建設重心已從消納不足、限電嚴重的西部地區，轉向了人口及商業(yè)密集、電力缺口較大的中東部地區。水面光伏以其發(fā)電效率高，減少對耕地、林地、草地等土地的占用為優(yōu)勢，正逐漸得到廣大光伏發(fā)電投資者的認可與青睞。光伏產(chǎn)業(yè)重心的轉移會(huì )帶給整個(gè)產(chǎn)業(yè)哪些新的機遇和發(fā)展?又會(huì )面臨哪些新的挑戰?

1 我國水上光伏電站的新機遇

1.1 發(fā)展水上光伏電站可以節約土地資源

　　光伏電站的缺點(diǎn)之一是能量分散，為永久性占地，且占地面積大，根據書(shū)籍《太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統施工設計與維護》，理論上每1千瓦光伏發(fā)電系統占地10平方米。為了減少陰影效應，減少發(fā)電量的損失，電池板之間需要存在一定的間隔距離，從而進(jìn)一步加大了占地面積。因此，國家嚴格限制光伏電站占用耕地，鼓勵光伏采用戈壁、沙漠、荒山。水上光伏電站依托水體表面，從而減少對耕地、林地、草地等土地的占用，可以避免土地方面的糾紛，同時(shí)，浮體架臺為中空結構，便于導線(xiàn)通過(guò)，減少地面光伏電站中電纜溝等帶來(lái)的基建、土地成本[1]。

1.2 我國可用來(lái)發(fā)展水上光伏的水資源豐富

　　我國有3.2萬(wàn)公里長(cháng)的海岸線(xiàn)，擁有近300萬(wàn)平方公里的海域，沿線(xiàn)發(fā)展水上光伏電站，不僅操作難度系數較低，還可全面為沿線(xiàn)經(jīng)濟發(fā)達地帶提供電力支持。截止2014年底，我國有9.8萬(wàn)座水庫, 總庫容9323億立方米，全國水庫水上總面積約為26000千公頃，具備大規模發(fā)展水上光伏電站的先決條件。我國水庫主要用于蓄水、發(fā)電、灌溉、養殖、風(fēng)景旅游和生態(tài)保護，現有水庫水上90%以上可供養殖，實(shí)際養殖面積僅占可利用總面積的78%，而且單位面積產(chǎn)量普遍較低，水上光伏電站并不會(huì )影響養殖業(yè)的發(fā)展。我國湖泊眾多，總面積9.1萬(wàn)平方公里，面積1千平方米以上的有2700多個(gè)，發(fā)展水上光伏電站條件充裕^[2]。

1.3 發(fā)展水上光伏可提高水域面積綜合產(chǎn)值

　　水上光伏項目可帶來(lái)水生態(tài)改善與光伏發(fā)電雙重效益，并能使二者相得益彰，和諧并行發(fā)展。在水生態(tài)改善方面，水上光伏電站可以遮蔽大量的水體，減少水庫水的蒸發(fā);在水上安裝光伏組件后，由于對太陽(yáng)光的遮擋，形成較大的投影面，減少光合作用，對于藻類(lèi)的繁殖可起到一定程度的抑制作用，有利于水污染防治。在兼有水產(chǎn)養殖業(yè)的水庫或魚(yú)塘建水上光伏發(fā)電站，可為魚(yú)類(lèi)創(chuàng )造更好的孵化環(huán)境，可以調節魚(yú)類(lèi)的代謝能力，使其優(yōu)質(zhì)快速生長(cháng)，提高水產(chǎn)產(chǎn)量，還可以作為一項別具特色的風(fēng)景區，成為水上景觀(guān)的點(diǎn)綴，帶來(lái)觀(guān)賞和旅游效益。在提升發(fā)電量方面，水上對光伏組件起到降溫、鏡面反射等作用，發(fā)電量明顯高于地面電站(約6%~10%)^[3]。

2 我國水上光伏電站的新發(fā)展

2.1 相關(guān)企業(yè)爭相布局

　　目前，中電投集團、保利協(xié)鑫、常州天合、合肥陽(yáng)光、阿特斯新能源、通威股份^[4]等多家光伏發(fā)電企業(yè)已爭相布局“漁光互補”項目。陽(yáng)光電源針對水上光伏的三大挑戰——“PID、防水防腐蝕、運維”提出采用水上光伏專(zhuān)用智能匯流箱+箱式逆變房的大型水上光伏電站智慧解決方案;作為老牌飼料企業(yè)，通威股份80億加碼光伏漁業(yè)，將充分發(fā)揮“農戶(hù)資源”和“光伏行業(yè)資源”的協(xié)同效應，以“漁光一體”、“農戶(hù)等屋頂電站”等光伏發(fā)電項目為載體，大力推行規?；?、集約化、智能化的綠色立體漁業(yè)經(jīng)濟;上海旗華新建700MW產(chǎn)能，欲打造全球最大水上漂浮筒企業(yè)，為投資水上光伏項目的企業(yè)帶來(lái)水上光伏電站平臺解決方案;常州天合則推出耐用雙玻無(wú)框組件，具有抗PID(電勢誘導功率衰減)和防隱裂的特性，并且安裝時(shí)不需要接地，可在極端惡劣的氣候環(huán)境下保持性能穩。

2.2 項目建設扎實(shí)推進(jìn)

　　我國水上光伏與日本、美國等國家相比起步較晚，但近年在河北、湖北、江蘇、浙江等地相繼出現多種形式的水上光伏電站，水上光伏電站在我國發(fā)展十分迅速。目前已經(jīng)并網(wǎng)的典型項目有河口區曙光匯泰49兆瓦漁光互補光伏發(fā)電項目;浙江杭州大江東產(chǎn)業(yè)集聚區100兆瓦漁光互補光伏發(fā)電項目;江蘇省高郵甘垛30兆瓦和寶應柳堡108兆瓦兩大漁光互補光伏發(fā)電項目;江蘇寶應縣柳堡鎮的艷陽(yáng)天108兆瓦“漁光互補”光伏發(fā)電站;安徽合肥肥東100兆瓦漁光互補項目等。在建或計劃在建項目有通威湖北天門(mén)工業(yè)園沉湖300MW項目，濟寧1GW 光伏發(fā)電項目。兩淮采煤沉陷區水上光伏發(fā)電規劃也已經(jīng)通過(guò)水利水電規劃設計總院組織的評審會(huì )審議，并等待國家能源局批復，此項規劃水上光伏發(fā)電裝機總量3.2GW，將包含淮北、亳州、宿州、阜陽(yáng)、淮南五市共80200畝水上和33457畝陸地。

2.3 應用模式日漸清晰

　　水上光伏電站目前的開(kāi)發(fā)模式主要有以下四種：

　　1)水上漂浮式模式，漂浮式就是利用浮筒將組件單元托浮于水上，深水區可以選用此方案;

　　2)漁光互補模式，該模式利用養殖場(chǎng)水上和水下資源，進(jìn)行發(fā)電、養殖一體化經(jīng)營(yíng)，這種一地兩用的生態(tài)產(chǎn)業(yè)極大地提高了水域的利用效率，提高了單位面積水域的產(chǎn)值;

　　3)水上+采煤沉陷區模式，將光伏電站與采煤沉陷區水上的綜合治理相結合，利用原礦區電網(wǎng)資源和廢棄的水上資源開(kāi)發(fā)出清潔電力能源，能提高采煤沉陷區綜合治理效益，有效解決煤礦采空區路面沉陷、粉煤灰二次污染問(wèn)題;

　　4)光伏水利模式，光伏水利涉及的領(lǐng)域或技術(shù)有光伏揚水系統、農田排灌、節水灌溉及其控制系統和光伏生活用水、光伏海水淡化、光伏污水處理等，應用領(lǐng)域十分廣泛。

3 我國水上光伏電站的新挑戰

3.1 綜合開(kāi)發(fā)成本高導致投資收益下降

　　對于水上漂浮式光伏電站，在施工過(guò)程需考慮較多因素，需要潛水或在船上作業(yè)較多，有時(shí)還需要大量使用重型機械等進(jìn)行高效率施工，工序要求相對更多，工期也相應增長(cháng)。船上作業(yè)還需要考慮平衡性和安全性，不能損壞水池堤壩等設施，所使用的浮體材料需要考慮環(huán)保和25年使用壽命要求。對于固定打樁方式，根據《10G409預應力混凝土管樁》設計要求：樁基底部進(jìn)入池塘底不小于3m，上部樁端高出設計洪水位不小于0.4m;當水深3m，樁基高度至少需要6.4m，地樁建設成本較高。水上光伏整體成本也較高，一般比地面光伏要高15%~20%，高的綜合開(kāi)發(fā)成本會(huì )導致投資收益率的下降。

3.2 受自然環(huán)境影響大導致運維難度大

　　水面光伏電站容易淤積各類(lèi)垃圾，嚴重影響運維通道，加速腐蝕設備，因此需要定期清理。水上光伏電站的日常巡檢統籌需要劃船完成，在豐水期，水面會(huì )上漲，用于電纜走線(xiàn)的橋架可能阻擋船只前行;在枯水期，水面下退，淤泥較深，船只無(wú)法劃行，人也無(wú)法行走，運維難度更大。在水草等植被生長(cháng)旺季，水上光伏電站很可能被植物“侵占”，船只被阻擋，無(wú)法前往巡檢;如果遇到大風(fēng)大浪，會(huì )對運營(yíng)維護帶來(lái)挑戰;在北方的冬天，如果遇到水面結冰，也會(huì )對運維工作帶來(lái)不便。此外，水面光伏電站的運營(yíng)維護工作還需要進(jìn)行水文、水情檢測，一定要防止出現水文生態(tài)污染、水情變化導致光伏電站資產(chǎn)損失。

3.3 高濕鹽霧環(huán)境導致對設備要求更高

　　漂浮式水上光伏需要漂浮設備支撐光伏電池板，浮體架臺對抗腐蝕性能、低密度、抗凍脹、抗風(fēng)浪、壽命、承載能力等均要求較高。水上光伏電站所處的環(huán)境潮濕，有些地方還是高鹽霧，組件在此環(huán)境下發(fā)生PID衰減的現象更為嚴重，因此，系統設計除了要求組件具有抗PID能力外，還需要逆變器具備防PID的功能。潮濕的環(huán)境也會(huì )加速腐蝕電氣設備金屬部件，同時(shí)存在水浪拍打在設備上的現象，對鄰近水上安裝的匯流箱等設備防水能力提出了更高的要求。因此，匯流箱、逆變器等設備的防護能力需經(jīng)過(guò)精心設計和嚴格測試，必需滿(mǎn)足高鹽霧、高濕度、大風(fēng)等條件下正常工作，且故障率較小。

4 結論

　　我國水上光伏尚處示范階段，雖然水上光伏電站技術(shù)距離大面積、大規模開(kāi)發(fā)還有一定的距離，組件長(cháng)期在潮濕環(huán)境中的可靠性、浮臺的承載能力和使用壽命等問(wèn)題還有待進(jìn)一步驗證，但隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，相信國內會(huì )有越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始涉足漂浮式光伏發(fā)電系統的開(kāi)發(fā)利用。未來(lái)通過(guò)試驗示范項目的建設，逐步積累工程經(jīng)驗，解決組件長(cháng)期在潮濕環(huán)境中的可靠性、浮臺的承載能力和使用壽命等技術(shù)問(wèn)題，水上光伏發(fā)電系統的開(kāi)發(fā)利用有著(zhù)良好的前景，并會(huì )從淺水區走向更深水區，擴大應用范圍。

參考文獻：

　　[1]丁光濤.對發(fā)展光伏發(fā)電站的兩點(diǎn)建議[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2016 (39):128-131.

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　　[3]趙宇航.爭奪水面光伏[J].產(chǎn)業(yè)∣光伏,2016(3):60-63.

　　[4]王遠華.通威股份推廣漁光一體化[J].農經(jīng),2016(4):84-85.

本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第5期第3頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。