“水上漂”的太陽能發(fā)電站

韓佳栩

一提到太陽能發(fā)電，可能大多數(shù)人首先想到的會(huì)是住宅樓屋頂上傾斜的太陽能電池板，或者是戈壁上一排排整齊列隊(duì)的光伏板方陣。

現(xiàn)在，京瓷TCL太陽能聯(lián)合公司（以下簡稱“京瓷”）要讓人們的腦海中增加一幅畫面，它打算讓水和太陽能發(fā)電站更緊密地聯(lián)系在一起。

京瓷正在日本千葉縣市原市的山倉水庫建造全球最大的水上太陽能發(fā)電站，預(yù)計(jì)2017年完工。建成后，占“水”面積約18萬平方米，輸出功率約13.7兆瓦，年發(fā)電量大約相當(dāng)于4970戶普通家庭的年用電量。

太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。前者通過碟形鏡面聚集太陽能，加熱工質(zhì)（實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)）以驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電；后者則是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)（半導(dǎo)體在受到光照射時(shí)，不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象）將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

光伏發(fā)電設(shè)備主要由太陽電池板、控制器和逆變器三大部分組成。這是目前太陽能發(fā)電的主要方式。而京瓷正在建造的這座也屬于此種，它由5萬多塊太陽能電池板組成。

水上光伏發(fā)電站與地面設(shè)置型發(fā)電站的運(yùn)行原理大致相似。唯一不同的是，水上發(fā)電站的建造過程中，需要先在水中固定形似竹筏的水上架臺(tái)，也就是用于固定、安裝太陽能電池板的浮體構(gòu)造物，之后，再在架臺(tái)上安裝光伏組件。

這也是京瓷建造這座水上光伏發(fā)電站的最大難點(diǎn)，雖然它此前已經(jīng)建設(shè)過3座水上太陽能發(fā)電站了，但“全球最大面積”的稱號(hào)還是帶來了一些新的困難。“因?yàn)檫@次安裝面積非常大，而且水下地形也不一致，我們要將水上架臺(tái)穩(wěn)定地固定在水面上，就不只需要經(jīng)驗(yàn)，還需要根據(jù)流體力學(xué)計(jì)算出最佳的錨固位置以及需要的數(shù)量。”京瓷株式會(huì)社太陽能事業(yè)本部市場部的技術(shù)人員中村一博對(duì)《第一財(cái)經(jīng)周刊》說。

除了地形的問題，水上光伏發(fā)電站對(duì)設(shè)備的要求也非常高—不僅要防腐、防水，還必須能夠在高鹽霧、高濕度、大風(fēng)等條件下正常工作，且要保證較小的故障率。據(jù)中村一博介紹，此次京瓷采用的是法國Cielet Terre International公司的水上架臺(tái)。這種水上架臺(tái)用耐紫外線、耐腐蝕性強(qiáng)的高密度聚乙烯材料制成，而且全部材料都能回收利用。

地面式光伏發(fā)電站往往是許多太陽能電池板相互連接組成的光伏陣列，看起來頗有氣勢(shì)，不過，這也意味著不小的占地面積—土地資源對(duì)于日本這種國家來說，當(dāng)然是較為稀缺的資源。

2015年11月，由Eurus能源控股公司建造的日本第一大太陽能發(fā)電站剛剛竣工，這是一座地面式光伏發(fā)電站，設(shè)置了51.36萬個(gè)太陽能電池板，占地面積約達(dá)253萬平方米，輸出功率約115兆瓦—也就是說，這座地面光伏發(fā)電站每塊太陽能板占地約5平方米，每1000瓦輸出功率需要22平方米的土地作為支持。

根據(jù)咨詢公司HIS最新發(fā)布的報(bào)告，2015年，全球光伏安裝量為59兆瓦，同比增長了35%。HIS預(yù)測(cè)，今年，全球光伏行業(yè)將持續(xù)強(qiáng)勁增長，增幅預(yù)期將突破17%，達(dá)到69兆瓦。

然而近年來，日本兆瓦級(jí)光伏發(fā)電站的建設(shè)用地正日益減少，對(duì)于傳統(tǒng)能源不足的日本來說，這無疑是個(gè)急需解決的緊迫問題。在這樣的背景下，水上光伏發(fā)電站成為這個(gè)國家看好的新選擇。

日本發(fā)展水上發(fā)電站有一個(gè)先天有利的因素。由于日本降水的季節(jié)變化較大，日本國內(nèi)有很多灌溉用的蓄水池以及河水上漲時(shí)用的調(diào)節(jié)池，而這些人工水池上，就可以建設(shè)水上發(fā)電站。

一般情況下，這些人工水庫除了在緊急情況蓄水之外，沒有其他用處，等于是白白消耗維護(hù)管理成本。而出售蓄水池的水上使用權(quán)，當(dāng)?shù)卣軌颢@得新的現(xiàn)金收入。

和傳統(tǒng)的地面光伏發(fā)電站相比，水上光伏系統(tǒng)所使用的架臺(tái)費(fèi)用相對(duì)高一些，但由于系統(tǒng)安裝在水面上，水對(duì)光伏組件有冷卻效果，可抑制組件表面溫度上升，因此，可能獲得更高的發(fā)電效率。尤其在高溫的夏季，水上光伏發(fā)電站更容易確保發(fā)電量。

影響發(fā)電效率的另一個(gè)因素是太陽能電池板上的灰塵，所以電池板往往需要定期清洗。而對(duì)地面式太陽能電池板來說，這一成本花費(fèi)不菲。但水上發(fā)電站就可以直接用周圍的水清洗太陽能電池板，相對(duì)節(jié)省了一些成本。

而對(duì)于水上生態(tài)環(huán)境來說，發(fā)電站的水上架臺(tái)所采用的高密度聚乙烯材料，由于做了環(huán)保處理，不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，對(duì)水質(zhì)也無較大影響。盡管漂浮在水面上的光伏組件在一定程度上會(huì)阻隔陽光的滲透，影響水中的動(dòng)植物，但水上光伏發(fā)電站多建在人工水池之上，所以也不會(huì)影響到水中的瀕危物種，從而降低對(duì)生物多樣性的傷害。此外，水上太陽能發(fā)電站還能起到防止藻類大量繁殖的作用。

其實(shí)，在水上安裝太陽能發(fā)電站的不只是日本，全球很多地方都在追趕這波風(fēng)潮—巴西、韓國、澳大利亞、印度都在安裝漂浮式太陽能電池板。去年年底，中國首座大型水面光伏系統(tǒng)也在湖北棗陽建成投產(chǎn)。

早在2011年，英國設(shè)計(jì)師Phil Pauley就提出了漂浮式太陽能電池的理念，不同于現(xiàn)在的水上光伏發(fā)電站，它是一種漂浮在海面上的網(wǎng)狀太陽能電池系統(tǒng)，電池板可連接在一起，形成一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，伴隨著浮力船在水面上忽沉忽浮，還可以收集產(chǎn)生的波能—考慮到海的廣闊性，如果這一想法實(shí)現(xiàn)，京瓷在建的這座水上最大太陽能發(fā)電站的稱號(hào)就要讓位了。

不過目前看來，在開闊的海洋上鋪設(shè)漂浮太陽能電池板還需要更多的技術(shù)支持。京瓷的太陽能營銷總經(jīng)理Ichiro Ikeda認(rèn)為，無休止的波浪會(huì)改變水位，進(jìn)而打亂整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。

盡管京瓷項(xiàng)目的水上架臺(tái)供應(yīng)商Cielet Terre公司曾在泰國對(duì)鹽水友好型系統(tǒng)做了試驗(yàn)并取得了成功，不過在海上建太陽能發(fā)電站還是停留在概念階段—近海設(shè)施將耗費(fèi)巨大的成本，而且發(fā)電場與用電方更接近，是發(fā)電站的基本邏輯。