水面浮動(dòng)式光伏電站的前景和研發(fā)問(wèn)題

　　中國(guó)首座浮動(dòng)式光伏發(fā)電站在云南建成，相較日本、英國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家已經(jīng)陸續(xù)有浮動(dòng)式光伏電站落戶(hù)，我國(guó)起步較晚，目前，日本保持著浮動(dòng)發(fā)電場(chǎng)最大輸出紀(jì)錄。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)越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始涉足浮動(dòng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)利用。

　　由日本京瓷株式會(huì)社和東京盛世利租賃株式會(huì)社共同投資建造的日本兵庫(kù)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(yùn)行；另有大阪府岸和田市的儲(chǔ)水池“傍示池”上功率約為1.044兆瓦的光伏電站“DREAM Solar Float 1號(hào)@神于山”于4月14日開(kāi)工建設(shè)，并于今年10月開(kāi)始向關(guān)西電力公司全量售電。此前，英國(guó)、美國(guó)亦有浮動(dòng)式太陽(yáng)能電站的先例。而國(guó)內(nèi)尚未獲得有關(guān)水面浮動(dòng)光伏電站的信息。

　　京瓷大型水上光伏電站優(yōu)點(diǎn)

　　1、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；

　　2、水面浮動(dòng)式光伏電站具有整體性，方便太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的安裝和運(yùn)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(tǒng)而造成的成本的極大提高；

　　3、光伏面板依托于浮體架臺(tái)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(fā)電量；

　　4、水面浮動(dòng)式光伏電站可以遮蔽大量的水體，減少水庫(kù)水的蒸發(fā)，同時(shí)由于對(duì)太陽(yáng)光的遮擋，形成較大的投影面，一定程度上抑制藻類(lèi)成長(zhǎng)，有利于水污染防治，但并不會(huì)影響?zhàn)B殖業(yè)；

　　5、浮體架臺(tái)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(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)可隨水體浮動(dòng)避免折損，抵御臺(tái)風(fēng)的侵襲；

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

　　8、可通過(guò)岸邊組裝，水路運(yùn)輸、安裝便利；

　　9、水面光伏電站處在水環(huán)境中，杜絕了灰塵等固體吸附，實(shí)現(xiàn)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(dòng)式光伏電站的工程造價(jià)

　　以岸和田市儲(chǔ)水池上光伏電站為例，儲(chǔ)水池面積約為2萬(wàn)平方米，將在其中1萬(wàn)平方米上鋪設(shè)4016張?zhí)?yáng)能電池板，發(fā)電規(guī)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(jià)為2.47萬(wàn)元，與中國(guó)目前地面光伏電站單位千瓦造價(jià)8000元的平均水平相比高達(dá)3倍。但由于中國(guó)與日本的國(guó)土資源使用價(jià)格、人力成本等相差較大，故此對(duì)比僅供參考。

　　高密度聚乙烯國(guó)內(nèi)成本單價(jià)為6500元/噸，地面光伏電站所用鍍Zn鋼支架?chē)?guó)內(nèi)成本單價(jià)為3400元/噸，抗腐蝕的聚乙烯材料價(jià)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(jià)，則使用聚乙烯作為浮體架臺(tái)的總成本約為用鋼支架成本的1/4。

　　2002年1月1日實(shí)施的《全國(guó)土地分類(lèi)（試行）》規(guī)定，全國(guó)土地分為三大類(lèi)，即“農(nóng)用地”、“建設(shè)用地”、“未利用地”。依據(jù)《中華人民共和國(guó)耕地占用稅暫行條例》，對(duì)“農(nóng)用地”和“建設(shè)用地”作出征稅規(guī)定，而未涉及對(duì)“未利用地”的征稅。

　　12400平方米的水面上漂浮著4500塊太陽(yáng)能電池板，而水面面積達(dá)3萬(wàn)平方米的水庫(kù)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?cè)O(shè)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(tái)等。相同情況下，光伏面板、逆變器等價(jià)格一定，使用聚乙烯浮體架臺(tái)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(guó)內(nèi)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(fèi)用往往很高，總之，筆者估算：水面浮動(dòng)式光伏電站造價(jià)一定會(huì)低于地面光伏電站。

　　中國(guó)發(fā)展水面浮動(dòng)式光伏電站優(yōu)勢(shì)

　　2014年中國(guó)大陸光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量2805萬(wàn)千瓦，累計(jì)發(fā)電量250億千瓦時(shí)。其中，光伏電站2338萬(wàn)千瓦，分布式467萬(wàn)千瓦，新增裝機(jī)容量1060萬(wàn)千瓦，約占全球新增裝機(jī)的五分之一，實(shí)現(xiàn)了《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》中提出的平均年增1000萬(wàn)千瓦目標(biāo)。中東部地區(qū)新增裝機(jī)容量達(dá)到560萬(wàn)千瓦，占全國(guó)的53%，其中，江蘇省新增152萬(wàn)千瓦，僅次于內(nèi)蒙古自治區(qū)；河北省新增97萬(wàn)千瓦，居全國(guó)前列；西部省份中，內(nèi)蒙古、青海、甘肅和寧夏均較大。

　　新增并網(wǎng)電站以大型光伏電站為主要增長(zhǎng)動(dòng)力，未來(lái)隨著光伏發(fā)電應(yīng)用模式不斷創(chuàng)新，分布式規(guī)模有望穩(wěn)步增長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)家能源局規(guī)劃，2015年度全國(guó)光伏年度計(jì)劃新增并網(wǎng)規(guī)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(qū)在不發(fā)生棄光的前提下，不設(shè)發(fā)展規(guī)模上限。

　　1、中國(guó)人多地少，發(fā)展水面光伏電站可節(jié)約使用土地。光伏電站的缺點(diǎn)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(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10千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)占地100平方米,相當(dāng)于單位千瓦占地10平方米。但為了減少陰影效應(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。整個(gè)光伏電站平均千瓦占地20—30平方米。

　　2、中國(guó)北方蒸發(fā)量大于降雨量，發(fā)展水面光伏電站可以減少水面蒸發(fā)量。近40年我國(guó)干旱半干旱區(qū)降水量與蒸發(fā)量均在減小,但降水量的減小速度大于蒸發(fā)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(fā)。

　　3、中國(guó)有3.2萬(wàn)公里長(zhǎng)海岸線，有極大發(fā)展水面光伏電站的地形優(yōu)勢(shì)。中國(guó)擁有近300萬(wàn)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(diǎn)為鴨綠江口，南方終點(diǎn)為北侖河口。沿線發(fā)展水面光伏電站，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。

　　4、中國(guó)有8.6萬(wàn)座水庫(kù)（截至2012年底），總庫(kù)容6924*108立方米,全國(guó)水庫(kù)水面總面積25619千公頃，即3842.9萬(wàn)畝（截至1996年10月31日），具備大規(guī)模發(fā)展水面光伏電站的先決條件。水庫(kù)表面主要用于蓄水、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)水面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，但水面光伏電站并不會(huì)影響?zhàn)B殖業(yè)的發(fā)展。

　　5、中國(guó)湖泊眾多，總面積9.1萬(wàn)km2，面積1千平方米以上的有2700多個(gè)，發(fā)展水面光伏電站條件充裕。

　　6、水面光伏電站對(duì)環(huán)境十分友好，浮體架臺(tái)等設(shè)備可100%回收，且太陽(yáng)能發(fā)電效率高。

　　綜上所述，中國(guó)應(yīng)大力發(fā)展水面光伏電站，在提升經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，保持環(huán)境的健康、和諧發(fā)展。

　　我國(guó)若開(kāi)展此領(lǐng)域研發(fā)須考慮的問(wèn)題

　　1、作為水面光伏電站的重要支撐平臺(tái)，浮體架臺(tái)是關(guān)系到整個(gè)光伏電站能否正常運(yùn)行發(fā)電的重要環(huán)節(jié)。目前光伏電站的全生命周期為25年，浮體架臺(tái)必須相應(yīng)具有良好的抗腐蝕性能、低密度、抗凍脹、抗風(fēng)浪等特性，來(lái)與之匹配。

　　日本兵庫(kù)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(tái)，聚乙烯無(wú)臭，無(wú)毒，具有優(yōu)良的耐低溫性能，能耐大多數(shù)酸堿侵蝕。常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性?xún)?yōu)良，耐沖擊性好。但硝酸和硫酸對(duì)聚乙烯有較強(qiáng)的破壞作用，易燃燒且離火后繼續(xù)燃燒，易發(fā)生光氧化、熱氧化、臭氧分解，在紫外線作用下容易發(fā)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(guò)在型材外鍍層等方式增強(qiáng)上述防御性能，使浮體架臺(tái)更耐用、使用壽命更長(zhǎng)。

　　中國(guó)是世界上竹資源最豐富、竹林面積最大、竹產(chǎn)量最大的國(guó)家，素有“竹子王國(guó)”之稱(chēng)。全國(guó)約有竹林330萬(wàn)公項(xiàng)，占世界的30％以上，竹材產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的1／3，這是建造水面浮動(dòng)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(jià)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(diǎn)。但未經(jīng)處理的竹筏平均使用壽命僅有2、3年，如對(duì)竹產(chǎn)品進(jìn)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(jià)大幅降低。

　　2、合適的選址是保證試驗(yàn)成功的關(guān)鍵，可考慮在大陸內(nèi)氣候靜風(fēng)區(qū)的湖泊和水庫(kù)進(jìn)行試驗(yàn)。如金沙江，具有徑流豐沛且較穩(wěn)定、風(fēng)速低、光照條件較好、開(kāi)發(fā)條件較好等特點(diǎn)。

　　3、水面光伏電站既可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能并網(wǎng)，又可作為分布式儲(chǔ)能光伏電站，為水面的養(yǎng)殖、風(fēng)景旅游、生態(tài)等提供電力支持。作為分布式離網(wǎng)儲(chǔ)能電站，儲(chǔ)能設(shè)備的選擇是關(guān)鍵，選擇較低成本較高性能的蓄電池將顯得尤為重要。