漂浮式光伏电站或为非洲水电解困
来源:中国半导体行业协会发布时间:2021-06-07
询问 AI漂浮式光伏电池板或许找到了用武之地。今年来，大旱导致非洲多座水电大坝电力供应受到影响，同时烈日照射也导致水库蓄水量不断蒸发减少。于是，有研究人员提出为什么不利用光伏发电？漂浮式光伏电池板可以在现有水电涡轮机组的基础上增加供电量，同时为水面提供遮蔽，减少水分蒸发。
目前研究人员对在水库及其他水体(滩涂、被淹没的露天煤矿等)上安装漂浮式光伏电池板愈发感兴趣，非洲的计划就是一个引人注目的例子。
A非洲拥有全球最丰富的太阳能资源
1月，位于意大利伊斯普拉的欧盟委员会联合研究中心(TheEuropeanCommission’sJointResearchCen-tre)的研究人员发表了一项研究，探讨在非洲这块阳光最充足的大陆上建设水电太阳能混合发电站的巨大潜力。首席研究员罗西奥・冈萨雷斯・桑切斯(RocioGonzalezSanchezreckons)认为，只需非洲大陆水库面积1%的光伏发电电池板就能将这些水库的发电能力翻一番，达到58吉瓦，从而让非洲大陆的总发电能力提高四分之一。
非洲大陆一些最大的水库可能会因此受益，包括埃及尼罗河上的阿斯旺高坝(TheHighAswan)――撒哈拉沙漠阳光导致该水库每年因水分蒸发损失约四分之一的水量――非洲南部赞比西河(TheZambezi)上的卡里巴大坝(Kariba)和卡霍拉巴萨大坝(CahoraBassa)以及加纳的阿科松博大坝(Ako-sombo)。桑切斯称，相比建设更多水坝，这种选择更加便宜，而且没有水库蓄水淹没土地带来的环境和社会不利影响。
非洲电力短缺问题严重，不仅有很多家庭尚未通电，而且无法满足经济快速增长对电力的需求。水电一直以来都是许多非洲国家的电力支柱，然而长期干旱却让水电难以为继。但桑切斯说，非洲拥有全球最丰富的太阳能资源，是欧洲的两倍。在研究了非洲大陆146座大型水库的水面数据后，她认为漂浮式光伏电池板是最大限度利用现有水资源发电的一个重要机会。
此外，利用太阳能板遮蔽水面可以减少蒸发。她估计，这种方式可以帮助非洲大陆每年节省近10亿立方米的水，足以使水力涡轮机发电量每年增加170吉瓦时。
非洲很多水电大坝的水库都曾淹没了大片平坦的土地，因此修建水坝不仅会占用大量的土地，还极易受蒸发影响造成水资源损耗。但如果在大面积的水域表面架设漂浮式光伏电池板，就能将缺点转化为优点。
肯尼亚已经计划在塔纳河(Tana)和特克韦尔河(Turkwel)上的三座水库建设漂浮式光伏发电站。桑切斯认为拥有大片水域、适合部署漂浮式太阳能的水库还有尼日利亚的卡因吉(Kai-nji)大坝水库、苏丹的麦洛维水库(Merowe)和罗塞雷斯水库(Roseires)、科特迪瓦的布约水库(Buyo)、喀麦隆的拉格都水库(Lagdo)以及坦桑尼亚的姆泰拉水库(Mtera)。
B漂浮式光伏发电在全球日益普及
漂浮式光伏电池板的部署在全球范围内日益普及，一些专家预计其很快将成为继屋顶分布式和地面式之后的“第三大”太阳能部署模式。德国清洁技术咨询公司Apricum的弗兰克・豪格维茨(FrankHaugwitz)称，目前估计有超过35个国家建立了350套漂浮式太阳能系统，但多数规模不大。到去年年底，这些漂浮式太阳能系统的总装机仅为2.6吉瓦。
日本10多年前率先对这一模式展开研究，但此后中国一直处于领先地位。目前全球已投入使用的最大的漂浮式太阳能项目就位于安徽省一处被淹没的煤矿旧址，总装机达150兆瓦。而亚洲其他地区对这一技术的兴趣也在增长。
目前在建的最大的漂浮式太阳能发电项目位于韩国新万金，所在地曾经是一片滩涂地。项目计划投入40亿美元，总装机2.1吉瓦，将在2025年前投入运营。印度喀拉拉邦(Kerala)的漂浮式太阳能光伏项目位于巴纳素拉・萨加尔(BanasuraSagar)水库。马哈拉施特拉邦(Maharashtra)也提到要在印度最大的水电项目之一――科依纳(Koyna)电站水库部署600兆瓦的漂浮式光伏项目。
据报道，新加坡正在探索在海上安装漂浮式太阳能板为数据中心供电的想法。技术人员考虑在海上风电机组之间安装漂浮式太阳能板，从而利用其电网连接优势。中国台湾、泰国和越南等亚洲国家和地区也有此类计划。
欧洲国家也兴趣渐浓。德国可再生能源公司BayWa去年在荷兰一个被淹没的沙坑上完成了一个27兆瓦的项目。弗劳恩霍夫太阳能研究所(FraunhoferInstituteforSolarEner-gySystems)去年为该公司开展的一项研究建议利用被水淹没的露天褐煤矿坑部署漂浮式光伏电池板。德国东部470平方公里乡村地区遍布着500个这样的矿坑。该研究所估计，这些矿坑的潜在部署规模理论上可达56吉瓦，即使是5%的覆盖率，装机容量也能达到2.74吉瓦，规模相当于两个大型化石燃料发电站。
C水上光伏发电或为非洲解困
表面看来，在水上部署太阳能电池板的成本通常比在地面上高出约10%到20%。但漂浮式光伏电池板有其优势：不占土地，灰尘污染少，不需要平整的土地，也不需要砍伐树木或拆除建筑物，而且水面比陆地更凉爽，因此能量产出率通常也更高。
在大坝水库中部署漂浮式光伏电池板还有其他益处。并网输电线路是现成的，而且两种发电方式可以互为补充，白天利用太阳能发电，把水省下来在夜间发电。
但最大的附加受益是覆盖在水面上的太阳能电池板能够减少水分蒸发，从而提升水库的水力发电潜力，在热带地区尤其如此。热带大部分地区的水库每年因水分蒸发导致水面下降多达两米，相当于其蓄水量的三分之一。
非洲南部的卡里巴大坝水库就因此损失了四分之一的进水。加纳的阿科松博大坝水库的损失则超过一半。现在还没有找到可行的办法减少蓄水量的巨大损失，太阳能电池板可能就是答案。
关于漂浮式光伏电池板对野生动植物或者更广泛的环境存在哪些潜在影响，目前还没有进行相关的环境影响研究或其他的详细分析。桑切斯认为，水下光照减少或者水温变化可能会给渔业带来潜在的损害。这些变化还会减少藻类生长，这对受藻华问题困扰的淡水生态系统可能有益。在非洲，一些漂浮电池板可能会遭到鳄鱼或河马的攻击。同样，此类基础设施可能会阻碍这些动物和其他动物获取水资源。
世界银行三年前的一份报告称，随着土地对太阳能发展的限制越来越大，漂浮式光伏电池板为“全球太阳能发电开拓了新的领域，在土地受限的国家尤其如此。”豪格维茨称，世界银行目前正在考虑为巴基斯坦、土耳其、乌克兰、马里和科特迪瓦的水电太阳能混合式发电站提供资金。
土地对太阳能部署的限制也在催生出一些其他的方案。加州大学圣巴巴拉分校的布兰迪・麦库恩(BrandiMcK-uin)称，加州可以将6000多公里的灌溉渠网络(全球最大的输水系统)变为“太阳能渠”，从而取代为灌溉水泵提供动力的柴油发电机。
灌溉渠中快速流动的水流使太阳能电池板无法浮在水面上，因此需要将其安装在水渠上方的金属支架或悬索上，但其遮蔽阳光的作用仍能在很大程度上保留。麦库恩三月发表在《自然・可持续性》杂志(NatureSustainabili-ty)上的一项研究指出，和漂浮在水面上的电池板一样，悬挂式太阳能电池板也能减少灌溉渠水分蒸发，并有可能减少杂草滋生。
显而易见的是，无论是漂浮式还是悬挂式，太阳能电池板似乎将以一种前所未有的方式发挥作用。
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