國際光伏新動向：太陽能農(nóng)牧場崛起

王志成

什么是太陽能農(nóng)牧場發(fā)展模式？即太陽能發(fā)電和農(nóng)牧業(yè)的種植、養(yǎng)殖與放牧結合。歐洲、北美和澳大利亞是太陽能農(nóng)牧場發(fā)展最快的地區(qū)和國家。

太陽能農(nóng)牧場產(chǎn)業(yè)近年來在國際上剛剛興起，它是現(xiàn)代光伏科技與農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的有機結合，在追求經(jīng)濟效益、社會效益與生態(tài)效益并舉的基礎上，開啟了低碳農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的新模式?，F(xiàn)在歐洲、北美等國家和地區(qū)已經(jīng)形成了一套完整的光伏農(nóng)業(yè)體系，但是該行業(yè)仍然屬于尖端行業(yè)。歐洲、北美和澳大利亞是太陽能農(nóng)牧場發(fā)展最快的國家和地區(qū)。

什么是太陽能農(nóng)牧場的發(fā)展模式？即太陽能發(fā)電和農(nóng)牧業(yè)的種植、養(yǎng)殖與放牧結合。例如，“漁光互補”、太陽能和種植大棚的結合、太陽能和養(yǎng)殖大棚的結合、太陽能和放牧場的結合，以及太陽能和農(nóng)牧業(yè)機械及動力的結合等。其核心在于薄膜太陽能電池的透光性，動植物生長所需的主要光源可以直接穿透，不影響農(nóng)作物與畜禽魚的生長，能儲存熱量提高大棚溫度，從而對畜禽魚與植物的生長起到積極的影響。另外，太陽能光伏系統(tǒng)與現(xiàn)代農(nóng)場相結合的大型并網(wǎng)發(fā)電項目，除了進行低成本的發(fā)電自用，剩余的電能還可并入地方與國家電網(wǎng)，可以取得優(yōu)勢互補、互利共贏的局面。

歐美等太陽能農(nóng)牧場強勢興起

英國

近年來，英國政府根據(jù)其新的“差價合約”可再生能源支持系統(tǒng)，不僅對大型農(nóng)場太陽能設定調(diào)整后的優(yōu)惠價格，并引入太陽能的上網(wǎng)電價補貼后使農(nóng)場安裝太陽能設備的成本下降了30%，促使農(nóng)牧業(yè)主興辦太陽能農(nóng)牧場的熱潮遠超預期，由此在英國中、北部的威爾特郡、康沃爾郡和雷丁郡等地區(qū)涌現(xiàn)了一座座太陽能農(nóng)牧場。例如，在南多塞郡米柏頓鎮(zhèn)新建成的拉克斯太陽能農(nóng)牧場。在這片面積175英畝的農(nóng)場土地上仍繼續(xù)用于放牧綿羊，但是由光伏系統(tǒng)發(fā)出來的清潔電力，不僅用于農(nóng)場照明、飼草機械化管理與飼料加工等，預計每年生產(chǎn)的太陽能電力還能夠滿足約6000個當?shù)丶彝サ碾娏δ茉葱枨蟆?/p>

另外，全球首座漂浮太陽能牧場最近在英國伯克郡的沃格雷夫羊群牧場首創(chuàng)建成。其“漂浮創(chuàng)新”體現(xiàn)在：200千瓦太陽能電池陣安裝在水庫旁邊。這種漂浮式太陽能裝備節(jié)省了大量耕地資源，還將極大削減碳排放及能源支出。

奧地利

在奧地利，由ALB太陽能股份有限公司新建成的該國最大的太陽能農(nóng)牧場，位于奧地利中部東阿爾卑斯山脈海拔1900米的下陶恩山地區(qū)。寒冷的環(huán)境有利于太陽能電池板提高陽光轉換效率，這個太陽能農(nóng)牧場成為奧地利農(nóng)業(yè)部創(chuàng)辦太陽能現(xiàn)代牛馬羊飼養(yǎng)項目的一個擴展。據(jù)Solar Server一份相關報告，該農(nóng)場利用REC峰值能量系列太陽能電池組件預計每年生產(chǎn)250萬千瓦時電力，為700戶當?shù)鼐用裉峁┳銐虻那鍧嶋娏Α?/p>

以色列

世界上第一座混合太陽能農(nóng)牧場（簡稱HSF）建于以色列南部沙漠區(qū)的薩瑪爾集體農(nóng)莊，由以色列奧拉公司承建。該農(nóng)場的核心機體為30米高的鍋爐，形如矗立于沙漠中的高塔，塔身周圍共有30面巨大的平面反射鏡，按不同方位將陽光反射匯集于爐壁。這些經(jīng)過反射聚變的巨大熱量，足以將爐內(nèi)的液態(tài)水煮沸成高溫高壓蒸汽，部分蒸汽經(jīng)由絕熱管線輸送至蒸汽渦輪機以發(fā)出電力，部分則輸送至高壓儲熱器以儲存熱能，因此可全天候為薩瑪爾農(nóng)場的種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)供電。

德國

德國近年來氣溫屢創(chuàng)新高，多數(shù)農(nóng)民眼看農(nóng)作物在高溫下枯萎，牲畜賴以維生的草地也被烤焦。但在南德巴伐利亞州布特維森鎮(zhèn)的蓋特納奶牛場，場主彼特森最近把家族經(jīng)營了150年的奶牛場改建為太陽能農(nóng)牧場，挽救了原本瀕臨破產(chǎn)的事業(yè)。據(jù)彼特森介紹，他申報政府取得補助后在農(nóng)牧場上搭起1萬余片太陽能板，這些面板把陽光源源不絕地轉換成電力，不僅滿足了草地灌溉、奶牛場管理的電力需求，還能將多余的2/3電力供鄰近村莊使用獲得更多收益。

法國

2014年，法國通過法令保證以每瓦電力高出市價1.5倍的價格，向自愿興建太陽能發(fā)電農(nóng)場的業(yè)主收購光伏電力，促使法國盧瓦河谷與羅納河谷的農(nóng)民紛紛把葡萄園改為太陽能葡萄農(nóng)場。這些新建成的太陽能葡萄農(nóng)場，每天產(chǎn)生的光伏電力，不僅用于葡萄園的人工光照、灌溉與葡萄藤苗管理等，還將其多余的電力供鄰近村鎮(zhèn)使用。

美國

近幾年，美國太陽能農(nóng)牧場快速發(fā)展，各州地方政府圍繞著發(fā)展太陽能農(nóng)牧場產(chǎn)業(yè)這一目標，相繼出臺了大量的政策法規(guī)與優(yōu)惠策略，以促進這一新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2015年，加州政府通過了一項可再生能源組合標準（RPS），要求農(nóng)牧業(yè)全面開發(fā)符合供應與采購條件的可再生光伏電力資源，并計劃到2020年實現(xiàn)53%的目標要求。

為了實現(xiàn)這一目標，加州奧比斯波縣新建成一座Topaz太陽能農(nóng)牧場。該農(nóng)場投資高達25億美元架設了超過900萬塊太陽能面板，具備550兆瓦的光伏電力輸出能力，是全球最大的太陽能農(nóng)牧場。其光伏電力不僅滿足農(nóng)場全部的用電需求，還能夠滿足16萬鄉(xiāng)鎮(zhèn)家庭的用電需求，每年能夠減少37.7萬噸二氧化碳的排放。

在加州蒙特利縣，蘋果公司斥資8.48億美元與First Solar合作“加州最大的平原太陽能農(nóng)牧場項目”，正在為赫斯特杰克牧場建設太陽能農(nóng)牧場。赫斯特杰克太陽能農(nóng)牧場的建設預計將于2016年年底完成。該農(nóng)場生產(chǎn)的光伏電力，除了農(nóng)場自主用電外，其余電力以固定價格賣給蘋果公司，確保蘋果2號園區(qū)、加州其他辦公室、紐瓦克數(shù)據(jù)中心和加州52家蘋果零售店的運行。

由南加利福尼亞州政府投資的美國最大的沙漠太陽能農(nóng)牧場，不久前在離洛杉磯市中心以東約273公里的里弗賽德縣建成。該農(nóng)場可產(chǎn)生550兆瓦的光伏電力，可供約16萬戶家庭使用，每年可減少排放的二氧化碳達30萬噸，相當于減少6萬輛汽車在路上行駛。

國際太陽能農(nóng)牧場技術動向

當前國際太陽能農(nóng)牧場的技術發(fā)展動向主要有以下幾個方面。

美國：塔式太陽能技術

此種發(fā)電系統(tǒng)是通過多臺跟蹤太陽運動的定日鏡將太陽輻射反射至放置于支撐塔上的吸熱接收器上，吸熱接收器的聚光倍率可超過1000倍。在這里把吸收的太陽光能轉化成熱能，再將熱能傳給工質(zhì)，經(jīng)過3000千瓦的熱流密度的蓄熱環(huán)節(jié)，再輸入熱動力機膨脹做工，帶動發(fā)電機，最后以電能的形式輸出。美國在加州南部巴斯托附近的沙漠地區(qū)先后建成“太陽1號”與“太陽2號”塔式太陽能農(nóng)牧場，由1818面反射鏡環(huán)包括接收器高達85.5米的高塔排列組成。

加拿大：凸透鏡式太陽能技術

近年來，加拿大新建成的太陽能農(nóng)牧場都采用了凸透鏡式太陽能電池板。加拿大IBM分公司開發(fā)了凸透鏡聚光發(fā)電系統(tǒng)，將太陽光經(jīng)過凸透鏡聚集后，再投射到太陽能電池板上，借此增大太陽光的強度，從而增加太陽能電池的發(fā)電量。但是，聚光發(fā)電遭遇的最大困難是溫度問題。經(jīng)過凸透鏡聚光照射之后，太陽能電池板的表面溫度可升高到l000℃。而加拿大IBM分公司的這套聚光發(fā)電之所以成功，是因為研究人員在傳統(tǒng)的太陽能電池板上加入了特殊的制冷系統(tǒng)，它能將電池板的表面溫度從1600℃降低到85℃，從而有效地避免太陽能電池板被燒毀。

西班牙：槽式太陽能技術

此種發(fā)電系統(tǒng)是將多個槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)的排列，聚焦太陽直射光，加熱真空集熱管里面的工質(zhì)，產(chǎn)生高溫，再通過換熱設備加熱水產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，驅動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電。西班牙在坎塔布連山區(qū)已經(jīng)先后建成354兆瓦與50兆瓦的太陽能農(nóng)牧場。

奧地利：線性菲涅爾式太陽能技術

奧地利政府在多瑙河畔建成了多座線性菲涅爾式太陽能農(nóng)牧場。這種太陽能農(nóng)牧場的發(fā)電系統(tǒng)是通過跟蹤太陽運動的條形反射鏡將太陽輻射聚集到吸熱管上，加熱管中的傳熱流體，再通過熱力循環(huán)進行發(fā)電的系統(tǒng)。菲涅爾反射鏡為平面結構，其加工成本相對低廉，但效率也相應降低。不過，線性菲涅爾反射鏡場總體的光源利用率高，即場地利用率高；另外，更易模塊化設計，運行成本較低，抗風性能優(yōu)良，更易于商業(yè)化。

比利時：凹面鏡式太陽能技術

該技術的原理就和超大規(guī)模的太陽灶一樣，主體是凹式形狀的鏡面，把陽光反射以后再聚焦，生成的蒸氣可以帶動渦輪機發(fā)電。比利時熱動力學研究所的科研人為全國農(nóng)牧場開發(fā)了這種太陽能蓄熱發(fā)電系統(tǒng)。參與研究的塔爾斯博士介紹說：“比起太陽能電池板來，裝置凹面鏡式太陽能熱發(fā)電技術的農(nóng)牧場，好處是可以儲熱，晚上也可以發(fā)電?！遍_發(fā)凹面鏡式太陽能蓄熱裝置需要解決的首要問題是尋找合適的蓄熱材料。比利時開發(fā)人員選中的是含鉀、鈉的硝酸鹽，并在蓄熱材料里分層鋪設石墨導熱管。

德國：太陽能煙囪發(fā)電技術

該技術是被許多能源專家看好的一項新技術。建造太陽能煙囪發(fā)電農(nóng)場的設想是由德國斯圖加特大學的喬根·施萊奇教授提出的。農(nóng)牧場建造太陽能煙囪發(fā)電站的主要材料是玻璃和水泥，可用沙漠里的沙、石制造。這種電站不像其他太陽能電力系統(tǒng)，它不需要高技術的設備和人才，維修簡便。目前在德國已經(jīng)建成了一座太陽能煙囪發(fā)電農(nóng)場。

澳大利亞：凸透鏡式太陽球技術

澳大利亞的“綠金能源”公司研制的“太陽球”可為那些偏遠山區(qū)、草原的農(nóng)牧場提供充足且廉價的電能。據(jù)介紹，“太陽球”的表面是一片直徑為1.13米的由丙烯酸酯制成的凸透鏡。它可聚集500倍的陽光到光電轉換器上。整套設備都被安裝在了一個鋁制導熱支架上，以便及時地為太陽能電池板降溫。

法國：無人機檢測技術

法國Akuo太陽能農(nóng)牧場占地超過330公頃。整個農(nóng)場超過75000個太陽能面板可以產(chǎn)生24兆瓦特的電能。這樣龐大規(guī)模的太陽能農(nóng)牧場需要投入大量的建設與管理資源。Akuo太陽能農(nóng)牧場希望及時且有效地加強對太陽能面板的受損情況以及熱區(qū)的監(jiān)測，于是邀請了無人機航拍監(jiān)控企業(yè)Air-Marine，定期在Akuo太陽能農(nóng)牧場的場地上空進行效能檢測。目前Akuo太陽能農(nóng)牧場每個月要完成兩次檢測飛行。據(jù)調(diào)查對比，Akuo利用無人機在檢測現(xiàn)場節(jié)省了92%的時間，在后續(xù)處理工作上節(jié)省了78%的時間。同時，無人機檢測的成本比原先的人工方式成本更低廉，在工作上也更為高效。