我國(guó)水上光伏電站的新機(jī)遇、新發(fā)展和新挑戰(zhàn)　

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

摘要：本文介紹了國(guó)內(nèi)光伏電站建設(shè)產(chǎn)業(yè)中心的轉(zhuǎn)移給整個(gè)行業(yè)帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

引言

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

1 我國(guó)水上光伏電站的新機(jī)遇

1.1 發(fā)展水上光伏電站可以節(jié)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(jù)書(shū)籍《太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)與維護(hù)》，理論上每1千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)占地10平方米。為了減少陰影效應(yīng)，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(guó)家嚴(yán)格限制光伏電站占用耕地，鼓勵(lì)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(duì)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(tái)為中空結(jié)構(gòu)，便于導(dǎo)線通過(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(guó)可用來(lái)發(fā)展水上光伏的水資源豐富

　　我國(guó)有3.2萬(wàn)公里長(zhǎng)的海岸線，擁有近300萬(wàn)平方公里的海域，沿線發(fā)展水上光伏電站，不僅操作難度系數(shù)較低，還可全面為沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地帶提供電力支持。截止2014年底，我國(guó)有9.8萬(wàn)座水庫(kù), 總庫(kù)容9323億立方米，全國(guó)水庫(kù)水上總面積約為26000千公頃，具備大規(guī)模發(fā)展水上光伏電站的先決條件。我國(guó)水庫(kù)主要用于蓄水、發(fā)電、灌溉、養(yǎng)殖、風(fēng)景旅游和生態(tài)保護(hù)，現(xiàn)有水庫(kù)水上90%以上可供養(yǎng)殖，實(shí)際養(yǎng)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?zhàn)B殖業(yè)的發(fā)展。我國(guó)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(xiàng)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(kù)水的蒸發(fā);在水上安裝光伏組件后，由于對(duì)太陽(yáng)光的遮擋，形成較大的投影面，減少光合作用，對(duì)于藻類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(yǎng)殖業(yè)的水庫(kù)或魚(yú)塘建水上光伏發(fā)電站，可為魚(yú)類創(chuàng)造更好的孵化環(huán)境，可以調(diào)節(jié)魚(yú)類的代謝能力，使其優(yōu)質(zhì)快速生長(zhǎng)，提高水產(chǎn)產(chǎn)量，還可以作為一項(xiàng)別具特色的風(fēng)景區(qū)，成為水上景觀的點(diǎn)綴，帶來(lái)觀賞和旅游效益。在提升發(fā)電量方面，水上對(duì)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(guó)水上光伏電站的新發(fā)展

2.1 相關(guān)企業(yè)爭(zhēng)相布局

　　目前，中電投集團(tuán)、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(zhēng)相布局“漁光互補(bǔ)”項(xiàng)目。陽(yáng)光電源針對(duì)水上光伏的三大挑戰(zhàn)——“PID、防水防腐蝕、運(yùn)維”提出采用水上光伏專用智能匯流箱+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(nóng)戶資源”和“光伏行業(yè)資源”的協(xié)同效應(yīng)，以“漁光一體”、“農(nóng)戶等屋頂電站”等光伏發(fā)電項(xiàng)目為載體，大力推行規(guī)?；⒓s化、智能化的綠色立體漁業(yè)經(jīng)濟(jì);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(xiàng)目的企業(yè)帶來(lái)水上光伏電站平臺(tái)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(shì)誘導(dǎo)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(wěn)。

2.2 項(xiàng)目建設(shè)扎實(shí)推進(jìn)

　　我國(guó)水上光伏與日本、美國(guó)等國(guó)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(xiàn)多種形式的水上光伏電站，水上光伏電站在我國(guó)發(fā)展十分迅速。目前已經(jīng)并網(wǎng)的典型項(xiàng)目有河口區(qū)曙光匯泰49兆瓦漁光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目;浙江杭州大江東產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)100兆瓦漁光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目;江蘇省高郵甘垛30兆瓦和寶應(yīng)柳堡108兆瓦兩大漁光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目;江蘇寶應(yīng)縣柳堡鎮(zhèn)的艷陽(yáng)天108兆瓦“漁光互補(bǔ)”光伏發(fā)電站;安徽合肥肥東100兆瓦漁光互補(bǔ)項(xiàng)目等。在建或計(jì)劃在建項(xiàng)目有通威湖北天門(mén)工業(yè)園沉湖300MW項(xiàng)目，濟(jì)寧1GW 光伏發(fā)電項(xiàng)目。兩淮采煤沉陷區(qū)水上光伏發(fā)電規(guī)劃也已經(jīng)通過(guò)水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院組織的評(píng)審會(huì)審議，并等待國(guó)家能源局批復(fù)，此項(xiàng)規(guī)劃水上光伏發(fā)電裝機(jī)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(yīng)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(qū)可以選用此方案;

　　2)漁光互補(bǔ)模式，該模式利用養(yǎng)殖場(chǎng)水上和水下資源，進(jìn)行發(fā)電、養(yǎng)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(qū)模式，將光伏電站與采煤沉陷區(qū)水上的綜合治理相結(jié)合，利用原礦區(qū)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(qū)綜合治理效益，有效解決煤礦采空區(qū)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(yáng)水系統(tǒng)、農(nóng)田排灌、節(jié)水灌溉及其控制系統(tǒng)和光伏生活用水、光伏海水淡化、光伏污水處理等，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。

3 我國(guó)水上光伏電站的新挑戰(zhàn)

3.1 綜合開(kāi)發(fā)成本高導(dǎo)致投資收益下降

　　對(duì)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(jī)械等進(jìn)行高效率施工，工序要求相對(duì)更多，工期也相應(yīng)增長(zhǎng)。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(shè)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(duì)于固定打樁方式，根據(jù)《10G409預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》設(shè)計(jì)要求：樁基底部進(jìn)入池塘底不小于3m，上部樁端高出設(shè)計(jì)洪水位不小于0.4m;當(dāng)水深3m，樁基高度至少需要6.4m，地樁建設(shè)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(dǎo)致投資收益率的下降。

3.2 受自然環(huán)境影響大導(dǎo)致運(yùn)維難度大

　　水面光伏電站容易淤積各類垃圾，嚴(yán)重影響運(yùn)維通道，加速腐蝕設(shè)備，因此需要定期清理。水上光伏電站的日常巡檢統(tǒng)籌需要?jiǎng)澊瓿?，在豐水期，水面會(huì)上漲，用于電纜走線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(yùn)維難度更大。在水草等植被生長(zhǎng)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(duì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)帶來(lái)挑戰(zhàn);在北方的冬天，如果遇到水面結(jié)冰，也會(huì)對(duì)運(yùn)維工作帶來(lái)不便。此外，水面光伏電站的運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作還需要進(jìn)行水文、水情檢測(cè)，一定要防止出現(xiàn)水文生態(tài)污染、水情變化導(dǎo)致光伏電站資產(chǎn)損失。

3.3 高濕鹽霧環(huán)境導(dǎo)致對(duì)設(shè)備要求更高

　　漂浮式水上光伏需要漂浮設(shè)備支撐光伏電池板，浮體架臺(tái)對(duì)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(xiàn)象更為嚴(yán)重，因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)備金屬部件，同時(shí)存在水浪拍打在設(shè)備上的現(xiàn)象，對(duì)鄰近水上安裝的匯流箱等設(shè)備防水能力提出了更高的要求。因此，匯流箱、逆變器等設(shè)備的防護(hù)能力需經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)和嚴(yán)格測(cè)試，必需滿足高鹽霧、高濕度、大風(fēng)等條件下正常工作，且故障率較小。

4 結(jié)論

　　我國(guó)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(guī)模開(kāi)發(fā)還有一定的距離，組件長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境中的可靠性、浮臺(tái)的承載能力和使用壽命等問(wèn)題還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，但隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，相信國(guó)內(nèi)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(tǒng)的開(kāi)發(fā)利用。未來(lái)通過(guò)試驗(yàn)示范項(xiàng)目的建設(shè)，逐步積累工程經(jīng)驗(yàn)，解決組件長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境中的可靠性、浮臺(tái)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(tǒng)的開(kāi)發(fā)利用有著良好的前景，并會(huì)從淺水區(qū)走向更深水區(qū)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)：

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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。