“太陽(yáng)能資源的開發(fā)和利用”試題設(shè)計(jì)
——以越南大密(DAMI)漂浮式光伏項(xiàng)目為背景

福建 陳錦智

一、試題設(shè)計(jì)展示

【原創(chuàng)題】光伏電站是指一種利用太陽(yáng)能與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的光伏電站占地面積大，其組件及電纜的溫度過(guò)高會(huì)影響發(fā)電效率。2019年4月28日，由中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)所屬華東院承擔(dān)工程總承包的越南首個(gè)漂浮式光伏項(xiàng)目——越南大密(DAMI)漂浮式光伏項(xiàng)目順利完成并網(wǎng)。水上漂浮式光伏電站主要是利用水塘、中小型湖泊、水庫(kù)、蓄水池、采煤塌陷區(qū)形成的水上平臺(tái)將光伏組件漂浮在水面進(jìn)行發(fā)電。

大密項(xiàng)目位于越南東南部平順省(越南的經(jīng)濟(jì)中心——胡志明市以東)的大密水庫(kù)。大密水庫(kù)水深30 m，水位落差4.4 m，浪高0.5 m，總裝機(jī)規(guī)模為47.5 MWp，是東南亞區(qū)域在建最大容量的漂浮式光伏項(xiàng)目。

水上漂浮式光伏電站具有傳統(tǒng)光伏電站不具有的優(yōu)點(diǎn)，大密項(xiàng)目的竣工將幫助越南提升在泛亞太的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)在一定程度上保護(hù)了大密水庫(kù)的水資源。下圖示意越南平順省的位置，據(jù)材料回答下列問(wèn)題。

(1)指出與傳統(tǒng)光伏電站相比，水上漂浮式光伏電站的優(yōu)點(diǎn)。

(2)與傳統(tǒng)的陸地光伏電站相比，試推測(cè)大密項(xiàng)目漂浮式光伏發(fā)電組件的特點(diǎn)。

(3)分析平順省發(fā)展光伏電站的優(yōu)勢(shì)條件及對(duì)越南的有利影響。

【參考答案】

(1)水上漂浮式光伏電站，不占用土地資源(或節(jié)約土地資源)；抑制組件表面溫度上升，從而獲得更高的發(fā)電量；減少水面蒸發(fā)量，抑制藻類繁殖，保護(hù)水資源。

(2)低密度；抗腐蝕性強(qiáng)；抗風(fēng)浪；強(qiáng)度大。

(3)優(yōu)勢(shì)條件：位于越南省東南部，緯度較低，正午太陽(yáng)高度大，太陽(yáng)輻射強(qiáng)；臨近經(jīng)濟(jì)中心胡志明市，電力市場(chǎng)需求量大，輸電距離近。

對(duì)越南的有利影響：提升越南可再生能源比重，減少越南對(duì)煤炭等化石燃料的依賴度，改善大氣環(huán)境；緩解越南能源不足的情況，保障能源安全，利于促進(jìn)越南經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二、命題說(shuō)明與解析

1.命題說(shuō)明

太陽(yáng)能資源的開發(fā)利用目前主要有兩種形式：光熱轉(zhuǎn)換(太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能供熱系統(tǒng))和光電轉(zhuǎn)換(太陽(yáng)能電池)，在產(chǎn)業(yè)方面主要是后者比較突出，即我們所說(shuō)的光伏產(chǎn)業(yè)。本試題涉及知識(shí)點(diǎn)是“太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的影響”中“太陽(yáng)輻射對(duì)地球的影響”這一知識(shí)點(diǎn)所延伸而來(lái)的關(guān)于“太陽(yáng)能的開發(fā)利用”，而關(guān)于“太陽(yáng)能的開發(fā)利用”又是“能源資源開發(fā)條件評(píng)價(jià)”的延伸。本題的命題情境出自“一帶一路”倡議工程項(xiàng)目——越南大密(DAMI)漂浮式光伏項(xiàng)目，以獨(dú)特的光伏電場(chǎng)建設(shè)視角考查對(duì)資源開發(fā)條件的評(píng)價(jià)、區(qū)際聯(lián)系與區(qū)域發(fā)展,試題難度中等，符合新高考要求。

2.試題分析

(1)指出與傳統(tǒng)光伏電站相比，水上漂浮式光伏電站的優(yōu)點(diǎn)。

【解析】傳統(tǒng)的光伏電站占地面積大，而越南的國(guó)土面積小，相比傳統(tǒng)的光伏電站，水上漂浮式光伏電站可節(jié)約土地資源。光伏電站的組件及電纜因長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)因溫度過(guò)高而影響發(fā)電效率，而水體對(duì)光伏組件有冷卻效應(yīng)，可以抑制組件表面溫度上升，從而提高發(fā)電效率。同時(shí)，太陽(yáng)能電池板覆蓋在水面上，遮擋太陽(yáng)輻射，可以減少水面蒸發(fā)量；因光照遮擋而抑制了藻類的光合作用，從而抑制藻類繁殖，保護(hù)水資源。

(2)與傳統(tǒng)的陸地光伏電站相比，試推測(cè)大密項(xiàng)目漂浮式光伏發(fā)電組件的特點(diǎn)。

【解析】本小題設(shè)計(jì)新穎，通過(guò)大密項(xiàng)目漂浮式光伏發(fā)電站所處的地理環(huán)境特點(diǎn)推測(cè)其組件對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)。水上光伏電站所處環(huán)境較為潮濕，浮體架臺(tái)需要具有良好的抗腐蝕性能；由材料提供的信息得知：漂浮式光伏發(fā)電站依賴漂浮設(shè)備支撐光伏電池板，故需要低密度材料；大密水庫(kù)水位落差4.4 m，浪高0.5 m，光伏組件需抗風(fēng)浪、強(qiáng)度大。

(3)分析平順省發(fā)展光伏電站的優(yōu)勢(shì)條件及對(duì)越南的影響。

【解析】根據(jù)圖中的經(jīng)緯度信息，得出平順省所處緯度低，正午太陽(yáng)高度大；另外，據(jù)文字材料指出“大密項(xiàng)目位于越南東南部平順省(越南經(jīng)濟(jì)中心——胡志明市以東)的大密水庫(kù)”可知平順省臨近越南經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的胡志明市，電力市場(chǎng)需求大，輸電距離近。對(duì)越南的影響，主要從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境方面進(jìn)行分析。如：減少越南對(duì)煤炭等化石燃料的依賴度，改善大氣環(huán)境；緩解越南能源不足的情況，保障能源安全，利于促進(jìn)越南經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；帶動(dòng)與太陽(yáng)能、動(dòng)力導(dǎo)向型等相關(guān)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

三、必備知識(shí)分析

1.影響太陽(yáng)輻射的因素：可從緯度(影響正午太陽(yáng)高度、晝長(zhǎng))、地形地勢(shì)、天氣分析。

2.太陽(yáng)輻射的時(shí)空分布

(1)空間分布不均：主要集中分布于低緯度、高海拔、晴天多的地區(qū)。

(2)時(shí)間分布不均：一年中，太陽(yáng)輻射在北半球6月最多，12月最少，南半球則相反。一天中，太陽(yáng)輻射集中在白晝時(shí)間，當(dāng)?shù)卣鐣r(shí)刻太陽(yáng)高度角最大時(shí)，太陽(yáng)輻射最強(qiáng)。

2021年全國(guó)甲卷第6題選擇題，便通過(guò)題組分析說(shuō)明了太陽(yáng)輻射的時(shí)間分布不均，導(dǎo)致發(fā)電量產(chǎn)生差異，考查考生解決這方面問(wèn)題的能力。目前已出現(xiàn)的電能存儲(chǔ)技術(shù)可把白天多余的太陽(yáng)能經(jīng)存儲(chǔ)后用于夜間發(fā)電，克服了太陽(yáng)輻射晝夜差異的不足。如青海省德令哈市的瓦塔式熔鹽儲(chǔ)能光熱電站，其主要用收集的太陽(yáng)能將熔鹽加熱并進(jìn)行儲(chǔ)存,再根據(jù)需要,利用熔鹽與水進(jìn)行熱交換后產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

3.太陽(yáng)能資源的優(yōu)勢(shì)與不足

優(yōu)勢(shì)清潔、可再生,能源總量大不足1.能量分散,受天氣影響大,不穩(wěn)定;2.開發(fā)技術(shù)要求高(例如,超高壓輸電技術(shù)的發(fā)展);3.建設(shè)電站占地廣,前期投資大(要有充足的資金)

4.某地區(qū)太陽(yáng)能資源開發(fā)條件評(píng)價(jià)思路

(1)(太陽(yáng)能)資源條件:該地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富(從緯度、海拔和天氣等角度分析)。

(2)土地(面積、地形、地價(jià)):

①地形：平坦的地形,利于建設(shè)。平原、高原是理想的區(qū)位;

②面積、地價(jià)：光伏產(chǎn)業(yè)占地廣,如分布在沙漠、荒灘、戈壁，則可利用的面積廣且地價(jià)較低,可節(jié)約建設(shè)成本；而漂浮式建設(shè)(漂浮于海洋、湖泊、水庫(kù)等水體),可節(jié)約土地資源。

(3)市場(chǎng)條件:

①距離市場(chǎng)的遠(yuǎn)近(例如，我國(guó)西部地區(qū)距離市場(chǎng)較遠(yuǎn),東部地區(qū)距離市場(chǎng)較近);

②市場(chǎng)需求大小：太陽(yáng)能屬于清潔能源,市場(chǎng)對(duì)清潔能源需求量大；經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，能源需求大。

(4)資金：

由于太能能電站建設(shè)占地廣,前期投資大，要有充足的資金作保證；因此評(píng)價(jià)時(shí)根據(jù)不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的國(guó)家作出資金方面(充足/不足)的評(píng)價(jià)。

(5)技術(shù)：

太陽(yáng)能發(fā)電的電力資源傳輸依托于超高壓輸電技術(shù)，因此對(duì)開發(fā)技術(shù)要求高，評(píng)價(jià)時(shí)根據(jù)不同發(fā)展水平類型的國(guó)家作出技術(shù)方面(先進(jìn)/落后)的評(píng)價(jià)。

四、課堂延伸拓展

“資源開發(fā)條件的評(píng)價(jià)”類試題的延伸，資源(非可再生資源，主要是礦產(chǎn)資源；可再生資源；旅游資源)開發(fā)條件的評(píng)價(jià)可整合成同一專題使學(xué)生對(duì)這一大類的知識(shí)體系理解更順暢、解題思路更清晰。筆者建議在時(shí)間允許的條件下，可將必修3“能源資源開發(fā)條件的評(píng)價(jià)”、選修6第三章第2節(jié)“非可再生資源合理開發(fā)利用對(duì)策”和必修3“資源的跨區(qū)域調(diào)配”的相關(guān)內(nèi)容整合成“資源的開發(fā)利用及其影響專題”。關(guān)于“資源開發(fā)條件的評(píng)價(jià)專題”的具體整合方案，在這里不再詳細(xì)說(shuō)明，本文主要探討的是資源開發(fā)條件的評(píng)價(jià)類問(wèn)題，這一類問(wèn)題思路大體方向相近，從有利和不利兩個(gè)方面進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)思路主要從資源本身及其所在社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，但不同類型資源具體評(píng)價(jià)條件會(huì)有所不同。

1.非可再生資源(以礦產(chǎn)資源為例)的開發(fā)條件評(píng)價(jià)

自然條件：資源(能源)條件評(píng)價(jià):可從儲(chǔ)量大小、分布范圍大小、種類多少、質(zhì)量高低、開采條件(可從資源(能源)埋藏的深淺、礦區(qū)的地形、地質(zhì)條件等)等方面評(píng)價(jià)。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件：(1)市場(chǎng)條件評(píng)價(jià):可從資源(能源)的消費(fèi)市場(chǎng)情況、市場(chǎng)潛力大小、距市場(chǎng)遠(yuǎn)近等方面評(píng)價(jià)。(2)交通運(yùn)輸條件評(píng)價(jià):可從交通運(yùn)輸方式、交通運(yùn)輸便捷程度等方面評(píng)價(jià)。

2.可再生資源(太陽(yáng)能、風(fēng)能)的開發(fā)條件評(píng)價(jià)

角度術(shù)語(yǔ)能源資源豐富太陽(yáng)能豐富:如我國(guó)青藏地區(qū),緯度較低,正午太陽(yáng)高度大,海拔高,大氣稀薄,晴天多,大氣潔凈度高,太陽(yáng)能豐富;西北地區(qū),晴天多,日照時(shí)間長(zhǎng);風(fēng)能豐富(風(fēng)力大):如瓜州有“世界風(fēng)庫(kù)”之稱,風(fēng)力資源豐富土地多荒灘、沙漠、戈壁等條件,可利用土地面積廣闊且地價(jià)較低;漂浮式建設(shè)(漂浮于海洋、湖泊、水庫(kù)等水體),可節(jié)約土地資源;地形平坦開闊,利于建設(shè)市場(chǎng)需求及市場(chǎng)距離市場(chǎng)對(duì)清潔能源需求量大/經(jīng)濟(jì)落后,能源需求量小;距離市場(chǎng)(發(fā)達(dá)地區(qū))近,輸電距離近,輸電成本低;距離市場(chǎng)較遠(yuǎn),電能運(yùn)輸成本高科技發(fā)達(dá)國(guó)家,技術(shù)發(fā)達(dá)/發(fā)展中國(guó)家,技術(shù)落后資金經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),資金充足/經(jīng)濟(jì)落后,資金不足

3.旅游資源的開發(fā)條件評(píng)價(jià)

資源條件：(1)資源價(jià)值(是否具有較高的美學(xué)價(jià)值、科學(xué)價(jià)值、歷史文化價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值等)、集群狀況(分布數(shù)量多、集中/孤立單一、分散)、地域組合狀況(種類多/少)、質(zhì)量高低。