“碳中和”时代来临,光伏行业这个细分产业链发展迅猛

作者: | 发布日期: 2021 年 02 月 01 日 9:26 | 分类: 产业资讯

我国于2020年9月22日在联合国大会上提出,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现“碳中和”。2020年12月12日,我国进一步宣布,到2030年,中国单位GDP二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

在此背景下,水上漂浮式光伏电站成为近期的热议话题。水上光伏电站是利用水上基台将光伏组件漂浮在水面进行发电。其特点在于不占用土地资源,水体对光伏组件有冷却效应,从而抑制组件表面温度上升以获得更高的发电量。此外,将太阳能电池板覆盖在水面上,还可以减少水面蒸发量,抑制藻类繁殖,保护水资源。

早在2011年,美国《科学日报》就有了关于漂浮式光伏电站的报道。该技术截止到2019年末,全球范围内安装的规模不到3GW,仅占全世界光伏发电总装机容量的1%,使用率较低。东亚能源产业观察预测,2025年亚洲地区将新建10GW漂浮式水上光伏项目。

一、国外发展状况

1、日本

日本是目前世界上水上漂浮式光伏电站实际应用最多的国家,根据截至2014年年底的统计,已有3.824MW并网,2015年预计约15MW并网,另还有约15MW将于2016年年初并网。

“桶川水上太阳能”项目:
2013年6月在日本崎玉县,日本西部控股集团投资的1.18MW“桶川水上太阳能”项目在桶川市的一个3万平方米的非饮用水水库建成并投入运行。该项目在占水库面积43%(1.3万平方米)的水面上用锚固定了木筏状的基台,基台上铺设了4536块260W太阳能电池板,光伏板倾斜角度12°,采用集中式逆变器。

该项目采用的技术为法国天地公司研制的漂浮式光伏发电系统,将光伏发电组件固定在浮块上,浮块由高密度聚乙烯制成,没有金属部件,安装是模块式拼接,简便快捷,项目建设期约6周,其中漂浮系统和光伏组件安装各需要3周。水库及其周边河流充足的水源拥有良好的冷却效果,发电量同比屋顶或地面光伏发电系统可提高10%左右。

该项目耗资3.5亿日元(约合人民币2180万元),所发电量由东京电力公司按照日本太阳能上网电价(37.8日元/kWh,约合0.38美元/ kWh)收购,销售收入预计为每年约5000万日元。

兵库县大型水上光伏电站:
由日本京瓷株式会社和东京盛世利租赁株式会社共同投资建造的日本兵库县大型水上光伏电站于今年3月底投入运行。

此次投入运行的是位于兵库县加东市西平池的约1.7MW“兵库高冈西水上兆瓦级光伏电站”,和位于东平池的约1.2MW“兵库高冈东水上兆瓦级光伏电站”。两处电站安装数量总计达11256块,预计年发电量约达330万kWh。

大阪漂浮式光伏电站:
在大阪府岸和田市的蓄水池“傍示池”水面上建设的约1MW光伏电站“DREAM Solar Float 1号@神於山” 于今年4月6日开工建设,8月11日竣工,并开始了商业运营,电站从2015年8月10日开始向关西电力全量售电,这是大阪府首座水上光伏电站。项目投资额约为5亿日元,预计投入运转后的年发电量约为118万kWh,年售电额约为3776万日元。

蓄水池的面积约为2万平方米,在其中约1万平方米的水面上浮着4016个260W的太阳能电池板。项目利用浮体架台(类似木排的树脂构件)支撑太阳能电池板,每个浮体架台上设置一定数量的太阳能电池板,首先在地面上将太阳能电池板安装到浮体架台上,再用吊车运到储水池的水面上设置。

2、亚洲其他国家

在当前规划或在建的16个浮式光伏项目中,有14个位于亚洲国家。其中,中国、韩国、印度、泰国以及越南的浮式光伏市场,在未来10年间的表现将“尤为突出”。“中国作为当前全球最大的光伏市场,浮式光伏技术发展前景也颇为可观,截至目前,已有多个在建大型浮式光伏项目,包括位于杭州慈溪的320兆瓦浮式光伏项目、安徽150兆瓦浮式光伏项目等。与此同时,韩国也正计划建设装机规模为2.1吉瓦的浮式光伏项目。”

印度:
印度国家水力发电公司计划在印度喀拉拉邦南部建设世界最大的水上漂浮式光伏电站,装机容量50MW。用来试水的加尔各答水上漂浮式太阳能光伏已于2016年1月宣布完成。该项目共包括10个1千瓦的玻纤光伏组件,每年可发电至少1400度电,平均每天发电4度。

韩国:
Topsun公司将在韩国开发一座100MW的浮动式光伏发电系统,100kW的试验性项目已定于2013年开工,2014年至2015年该项目规模扩增至100MW。

新加坡:
安装在新加坡碧安公园的花园池塘水面上的漂浮式光伏发电系统于2013年成功并网发电,装机容量5kW。该系统由凤凰太阳能有限公司领衔的私人合作基金投资,计划用一年的时间测试漂浮式光发电系统的淡水水域适宜性,同时还将严密监测该系统对水质量、植物和动物的影响,量化评价预期的效益,如水冷却对光伏发电电池效率的改善,水面覆盖而减少的淡水蒸发量,遮挡阳光直射水体而阻止水藻的繁殖等。

3、欧洲

英国:
早在2011年,英国设计师菲尔-波利(Phil Pauley)就提出漂浮式太阳能电池,不同于现在的漂浮式光伏电站,它是一种漂浮在海面上的网状太阳能电池,太阳能电池可连接在一起,形成一个庞大的网络状结构,伴随着浮力船在水面上忽沉忽浮,还可以收集产生的波能。

2014年英国第一座漂浮的光伏电站在伯克郡建成,该漂浮电站位于沃格雷夫附近的Sheeplands农场,由800块光伏板组成,总装机容量为200kW,项目共耗资25万英镑,投资将在6年内获得收益,在未来的20年中,农场主Mark Bennett将每年可以获得20500英镑的补贴 ,农场每年将节省的电费2.4万英镑。

挪威:
2012年挪威船级社(DNV)的研究人员推出了所谓的动态漂浮式海上太阳能发电场概念。4200个560W的薄膜太阳能电池板组成一个2MW的六边形太阳能阵列,将多个阵列连接在一起,则可组成一个50MW或以上的光伏电站。

光伏阵列分成了若干发电区域,各发电区域将所生产的电力输送至收集电力的两个主开关,然后在一个中央变压器处提升电压。这个海上太阳能发电场的中心岛连接有30kV的电力传输线,此传输线将一系列的其他太阳能岛连接起来,以形成一个闭循环,然后继续将电力传输至岸上的变电站,以与干线电网相连接。

4、美洲

美国:
美国SPG公司早在2007年就在加州修建了一个400kW的浮动式太阳能阵列项目,经过4年的完善,该公司又推出了商业化的浮动式太阳能阵列,安装在索诺玛县的一座灌溉池塘里,系统通过池塘底部铺设的电缆与输电网连接。该项目在2016年并网运行,项目的装机容量为12.5MW。

巴西:
巴西的水上漂浮式光伏电站试点项目计划在亚马逊的巴尔比纳水电厂进行,350MW的容量使其成为世界上最大的漂浮太阳能发电场。

澳洲:
早在2016年澳大利亚第一个漂浮式光伏电站就开始动工,该项目位于南澳大利亚Jamestown的一个污水处理厂,装机容量4MW,横跨三个水处理池,所生产的电力供应污水设施本身和该地区企业。

二、国内发展现状

相较日本、英国、韩国等国家已经陆续有漂浮式光伏电站落户,我国起步较晚,我国首座水面漂浮式光伏发电站试验项目将在湖北省枣阳市熊河水库兴建,2015年底建成投产。项目由湖北省地方水电公司、长江委设计院新能源公司和襄阳市熊河水库管理处共同投资,概算总投资1038万元,总装机1200kW。

2017年7月,浙江建德水上光伏电站并网发电。
2017年7月,江苏最大漂浮式光伏电站并网发电。
2020年6月,湖南首个水面漂浮光伏电站稳定运行 年可发电1.25亿千瓦时。
2020年5月,铜陵海螺水泥有限公司投建水上光伏项目。
2020年11月,世界单体最大水面漂浮式光伏电站在山东开建。

三、浮式光伏特点

漂浮式水上光伏电站的硬件组成部分主要为光伏面板、汇流箱、逆变设备、变压器、集电线路、聚乙烯浮体架台等。

漂浮式水上光伏主要存在以下优势:

①节约用地:建立在水面上,不占用土地资源,可减少征地费用。

②提高发电量:水体对光伏组件有冷却效应,可以抑制组件表面温度上升,从而获得更高的发电量。根据日本兵库县大型水上光伏电站实验对比分析,由于水面的冷却效果,电池板发电量增加约14%。

③减少蒸发和藻类繁殖:将太阳能电池板覆盖在水面上,理论上可减少水面蒸发量,抑制水中藻类繁殖,有利于水资源的保护。

④运营维护方便:光伏电站建立在水中,可以减少灰尘对组件的污染,且方便组件清洗,同时闲杂人员与动物难以接近组件,可有效防止人员及动物对组件的破坏。

⑤旅游效益:辽阔的水面上整齐排列的光伏组件,可以作为一项具有特色的景点,成为该区域的一道景观,带来旅游效益。

⑥避免组件遮光:对比陆地,水面相对开阔,可以有效避免山体、树林等对组件的遮挡,太阳能照射面积均匀且光照时间长。

⑦降低跟踪系统成本:组件角度、间距一致,方便太阳能跟踪系统的安装和运行,不需要对每块电池板安装双轴跟踪系统,大大减少跟踪系统成本。

⑧节约成本:不需要组件基础和支架,节省基础和支架造价,节约成本。

⑨消纳方便:建于距离村庄、城市较近的水域,可以就近消纳,减少并网难、限电等不利因素,提高效率。

漂浮式水上光伏也存在一些劣势:

①漂浮设备要求高:漂浮式水上光伏需要漂浮设备支撑光伏电池板,浮体架台对抗腐蚀性能、低密度、抗冻胀、抗风浪、寿命、承载能力等均要求较高。

②选址要求高:漂浮式水上光伏电场场址宜选在面积较广、径流稳定、风速低、光照条件好、水位变化较小、开发条件较好、无大规模航运、生态非敏感区等水域。

③不确定因素多:大风、水位、结冰等因素对其影响较大,同时需监测光伏组件对水质、水中鱼类、植物等有无不利影响。

④施工难度大:施工过程需考虑较多因素,水上作业很难大量使用重型机械等进行高效率施工,工序相对要求更多,工期也相应增长。需要潜水或在船上的作业很多。船上作业要考虑平衡性和安全性,也不能损坏水池堤坝等设施。

来源:光伏测试网

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