农业光伏 or 光伏农业——渔光互补

作者: | 发布日期: 2018 年 07 月 12 日 16:17 | 分类: 新能源知识

相对光伏大棚,渔光互补有一定的优势。首先,鱼塘、滩涂等地域基本不能种植作物、跟农业不产生冲突所以土地性质不敏感。其次,光伏大棚的光伏与植物争夺阳光资源,光伏直接影响植物生长的“大环境”。而渔光互补影响的是局部的“小环境”。第三,渔光互补的投资比农业大棚小,一个达到基本要求的连栋大棚投资约为400-500元每平方米。(不含光伏部分)而渔光互补项目,只有桩基部分投资相对地面电站较大。本文就渔光互补项目自身特点,简述渔光互补项目对环境的影响、经济可行性、以及技术方面的应该注意的问题。

1.光照对水产类的影响

江苏省水网密集、大小湖泊密集,渔业资源丰富;我们常见的克氏龙虾(小龙虾)、中华绒螯蟹(闸蟹)都养殖在水体较浅的地方。而光伏也适合安装布置在水浅的地方。

中科院海洋所做过有关不同光照条件对甲壳类水生物影响的实验。实验对象为凡纳滨对虾(南美对虾)以黑暗条件作为对照,研究了白炽灯、日光灯、金卤灯作为照明光源及不同光照时间对凡纳滨对虾生长的影响。投喂的饲料相同,实验持续50 天。

结果表明:凡纳滨对虾在金卤灯照明的条件下生长最快,在日光灯的连续照明下生长最慢 ,在其他的光照条件下与黑暗对照的情况下其生长没有显著差异。其中,金卤灯照明条件下凡纳滨对虾的特定生长率比日光灯连续照明时要快55.89%。

但高功率白炽灯照明条件下凡纳滨对虾的生长速度稍快于剩余各处理。低功率白炽

灯照明条件下凡纳滨对虾的特定生长率略低于黑暗对照,即使延长光照时间也未见显著的改善。在具昼夜节律日光灯照明条件下凡纳滨对虾的特定生长率稍高于黑暗对照,但延长日光灯照明的时间反而显著降低了凡纳滨对虾的生长速度。出现上述情况可能与

作为光源的各种灯具的光谱范围、光色、光强等属性有关。日光灯的光谱通常包含有紫外线的成份,可能是对虾生长较慢的原因之一。金卤灯的光谱含有较多近红外线成份,更接近于太阳光线,这可能是金卤灯更适宜于生物生长的原因。

《生态学杂志》第6期有相关文献记载了光照对鱼类的影响,实验对象为鲤鱼。鲤鱼在性未成熟时,长光照能诱导排卵;接近成熟的鲤鱼,长光照并没有产生此作用。 当把其从长光照移到短光照条件下,性未成熟鱼的卵巢在发育中出现退化现象.而性腺已发育成熟的鱼出现此种现象。该文献还同时记载了关于光照对鲤鱼新陈代谢和激素分泌的一些影响。

光伏影响光照,但是光照对水产品的影响远比对绿色植物的小。主要原因是水产生物的自主性高于植物,鱼虾可以自主的迁移到光照较好的地方。综上我们可以得出推论,光伏对水产品是有影响的,但影响有限。

2 农光、渔光互补对比

农光互补项目受到大棚结构的影响占地面积相对变化较大,江苏宿迁地区连栋大棚使用普通组件1MW面积约为20亩。如果使用透光双玻组件或者透光薄膜组件,1MW占地面积可以达到38-40亩。

在同样的地区鱼塘占地面积相对较小,靠宿迁较近盐城地区的渔光项目1MW占地面积约为17亩。除了桩基高于普通的地面电站,其他设计要素和地面电站没有差别。

渔光项目安装在水面上,对桩基有特殊的要求。一般会依据《10G409预应力混凝土管桩》图册进行设计。要求施工过程中以标高控制为准,要求底部桩端全截面进入池塘底不小于3m. 上部桩端高出设计洪水位不小于0.4m。

鱼塘越深桩基的成本越高,例如鱼塘水深3米,桩基高度至少需要6.4米。边长300mm的方形桩基含人工大约每米100元,直径300mm的空心圆桩大约70元每米。支架跟地面电站使用的没有太大差异。

根据下图所示,1MW单元需要740根左右桩基。支架部分使用Q235b钢材按照0.4元/w的市场均价计算。1MW渔光项目的桩基+支架成本大致约84万(6米桩基)。按照连栋大棚1MW占地20亩,每平米400元计算。(含:浮法玻璃、遮阳帘、通风系统、加湿系统等)成本约532万。即使用最简易形式连栋大棚成本也在250万左右。

按照10MW的容量进行财务建模。假设不含支架与桩基其他设备的成本相同并按照6.5元/W计算;太阳能年均日照小时取1400h;系统效率相同取75%。

渔光项目支架与桩基项目成本换算为0.8元/W;农光项目支架与桩基成本换算为2.5元/W;系统运维费用100万/年;银行贷款利率6%;电价1元/kwh。

同时江苏省地区农业用地租金600-1000元/亩/年;鱼塘租金800-1200亩/年。差距约200元/亩/年,25年土地使用费用差距很小。

财务评价指标汇总表(渔光项目)

财务评价指标汇总表(农光项目)

财务模型数据分析农光和渔光项目,IRR相差是比较大的。如果对比现金流量表(资本金),假设资本金比例为30%,我们会发现农光项目在第4年资本金条件下的现金流就变成正现金流了。而农光项目资本金下的现金流在第8年才转为正现金流。

3 渔光项目选址

渔光项目的很多手续和设计要遵守海洋局等相关部门的规定,比如站址位于行洪区、滞洪区、泄洪区等,属于水利工程管理范围,根据国家及水行政主管部门相关法律法规要求,项目建设需获请水行政主管部门审批。站址位于海滩、河滩、湖滩等,属于水利工程管理范围,根据国家及水行政主管部门相关法律法规要求,项目建设需获请海洋局等主管部门审批。自然地势偏低,必要时委托有资质单位开展建设项目防洪评价工作。如果项目在水库附近还要注意避开水库的保护范围,《江苏省水库管理条例》中规定:第二十条,水库的管理范围为“小型水库大坝及其两端各三十至五十米、大坝背水坡坝脚外五十至一百米,小型水库大坝及其两端各十至三十米、大坝背水坡坝脚外十至五十米”;“库区水域、岛屿和校核洪水位以下的区域”;“县级以上地方人民政府应当按照上述规定划定水库的具体管理范围和必要的管理设施用地,并确定水库大坝管理和保护范围。”

这些规定虽然繁琐,可以保证光伏电站不会被突如其来的洪水损坏。

4 渔光项目的设备选用

4.1 组件选用

水气和水气中的盐分即盐雾对组件的危害是非常大的,传统电池组件在封装的层压过程中,分为5层。从外到内为:玻璃、EVA、电池片、EVA、背板。由于EVA材料不可能做到100%的绝缘,特别是在潮湿环境下水气通过作为封边用途的硅胶或背板进入组件内部。EVA的酯键在遇到水后按下面的过程发生分解,产生可以自由移动的醋酸。醋酸和玻璃表面碱反应后,产生了钠离子。钠离子在外加电场的作用下向电池片表面移动并富集到减反层而导致PID现象的产生。

PID效应的危害使得电池组件的功率急剧衰减。使得电池组件的填充因子(FF)、开路电压、短路电流减少。减少太阳能电站的输出功率,减少发电量。减少太阳能发电站的电站收益。下图为PID效应的EL图和U-I图

使用双玻组件或者非金属边框组件可以有效避免PID效应的发生。

PID:双玻组件由于其特殊的安装结构和无金属边框免接地的特点,因此可以阻止。蜗牛纹: 双玻组件由于没有水气透过背板渗入,而且隐裂比普通组件少, 所以不会产生黑线。脱层:双玻组件由于没有水气渗入,所以不会脱层。

背板老化: 背板属于塑料材料,防酸防腐蚀性能不如玻璃,长期暴露在空气中会黄变、开裂、降解和粉化。(下表为天合传统组件和双玻组件的对比)

4.2 逆变器

逆变器是整个光伏电站的心脏,在盐雾和高湿环境下,主要的污染源为盐雾和湿尘。集中型逆变器一般放置于集装箱内,其发热量大,一般采用风道强制风冷方式,从室外直接抽取空气进入逆变器房,然后经过逆变器散热风道,排到室外。在这种情况下,外部的盐雾颗粒和潮气将被吸入逆变器,并在电路板、接插件、IGBT模块、配电开关、铜排电缆等内部部件上积累。盐雾腐蚀破坏过程中起主要作用的是氯离子。氯离子与金属发生电化学反应。同时,氯离子含有一定的水合能,降低器件的绝缘能力和连接面的导电能力,导致产品失效。白天逆变器工作时温度比较高,晚上停止工作,空气温度和逆变器温度差异导致在逆变器上有水珠凝结。潮湿空气的危害很大。如果电站建设在鱼塘,沿海,滩涂附近,周围空气潮湿,湿气通过直通风进入逆变器房,非常容易引起控制设备内部发生凝露,引起爬电等电气事故。

目前笔者观察到的集中式逆变器只有台达的500KW户外式集中逆变器是具有IP65防护等级的,抗潮湿抗盐雾。可以不使用集装箱,有效的降低了成本和重量。鱼塘附近的土壤承载能力不会很高,过重的机器会让基础变大,增加成本。

以上组图分别显示了水气和盐雾对逆变器外壳、PCB、接线排的腐蚀。而台达逆变器分别针对这些问题做了相应的防护措施。

4.3 金属支架和接地网

江苏、山东、浙江等分布着大量面积不等的盐田,利用地下卤水进行“井滩晒盐”高盐分的土壤对金属有强腐蚀性。盐田场地水质对混凝土结构具有强腐蚀性;对钢筋混凝土结构中的钢筋具有强腐蚀性。地下水水位以上的场地土壤对混凝土结构具有弱腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋及具有强腐蚀性。

在支架系统的选择上应采取:预应力混凝土管桩采用抗硫酸盐硅酸盐水泥、掺入抗硫酸盐的外加剂、掺入钢筋阻锈剂、掺入矿物掺和料,表面涂刷防腐蚀涂层35mm。

常规光伏电站接地材料首选镀锌扁钢。但厂址为盐场或者强腐蚀地区时,需选择钢镀铜材料。 钢材不存在点蚀,属于缓慢的均匀腐蚀,铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢的1/5,铜的年腐蚀率约为0.02mm/年,纯铜接地装置的寿命可达50年,钢镀铜接地装置的实际寿命可达25-30年。

结论:渔光项目在经济上优于农光项目,但是选址复杂,应仔细选择项目。

潮湿环境是电子设备最大的不利因素,应该选择防护等级高的设备。

文章来源:古瑞瓦特 张喆

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