水面漂浮式光伏發(fā)電站組件研究【徐皇岡】20151228

1、水面漂浮式光伏發(fā)電站組件研究武漢聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)股份?工程設(shè)計(jì)證書?乙級(jí) 證書編號(hào)：A242000454二零一五年十二月批準(zhǔn)：審核：校核：編寫：徐皇岡目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc439079117 摘 要 PAGEREF _Toc439079117 h 1 HYPERLINK l _Toc439079118 1.前言 PAGEREF _Toc439079118 h 1 HYPERLINK l _Toc439079119 1.1水面漂浮式光伏電站簡介 PAGEREF _Toc439079119 h 1 HYPERLINK l _Toc439079120 1.2

2、漂浮式光伏電站的優(yōu)點(diǎn) PAGEREF _Toc439079120 h 2 HYPERLINK l _Toc439079121 1.3我國開展水面光伏工程開展的前景和意義 PAGEREF _Toc439079121 h 2 HYPERLINK l _Toc439079122 1.4水面光伏開展需要解決的關(guān)鍵問題 PAGEREF _Toc439079122 h 3 HYPERLINK l _Toc439079123 2.國內(nèi)外水面漂浮式光伏發(fā)電開展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc439079123 h 4 HYPERLINK l _Toc439079124 2.1 國外開展現(xiàn)狀 PAGEREF _T

3、oc439079124 h 4 HYPERLINK l _Toc439079125 2.2 國內(nèi)開展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc439079125 h 7 HYPERLINK l _Toc439079126 3.國內(nèi)外水面漂浮式光伏發(fā)電組件型式簡介 PAGEREF _Toc439079126 h 8 HYPERLINK l _Toc439079127 3.1 組件型式一法國 PAGEREF _Toc439079127 h 8 HYPERLINK l _Toc439079128 3.2 組件型式二法國 PAGEREF _Toc439079128 h 10 HYPERLINK l _Toc439

4、079129 3.3 組件型式三日本 PAGEREF _Toc439079129 h 11 HYPERLINK l _Toc439079130 3.4 組件型式四日本 PAGEREF _Toc439079130 h 12 HYPERLINK l _Toc439079131 3.5 組件型式五國內(nèi) PAGEREF _Toc439079131 h 14 HYPERLINK l _Toc439079132 4.水面漂浮式光伏工程本錢分析 PAGEREF _Toc439079132 h 15 HYPERLINK l _Toc439079133 5.結(jié)語 PAGEREF _Toc439079133 h

5、15 摘 要太陽能是一種清潔、無污染的可再生能源。隨著環(huán)境污染、能源短缺問題的日益嚴(yán)重，光伏發(fā)電引起了世界各國的重視。我國陸上光伏發(fā)電經(jīng)過十幾年的開展，已初具規(guī)模。由于陸上光伏開展需要占用大片土地，而水面光伏具有節(jié)約用地，發(fā)電效率較高、生態(tài)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，近年來水面漂浮式光伏發(fā)電在國外的應(yīng)用研究逐漸增加，而我國水面漂浮式光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用尚處于初探起步階段。我國地少人多，有大量的海岸線、水庫、湖泊等水面資源可供光伏工程開發(fā)利用，因此，水面漂浮式光伏發(fā)電具有廣闊的前景。影響水面漂浮式光伏發(fā)電技術(shù)大面積應(yīng)用推廣的技術(shù)問題主要有以下三點(diǎn)：1作為水面光伏電站的重要支撐平臺(tái)，浮體架臺(tái)是關(guān)系到整個(gè)光伏電

6、站能否正常運(yùn)行發(fā)電的重要環(huán)節(jié)。浮體架臺(tái)必須相應(yīng)具有良好的抗腐蝕性能、低密度、抗凍脹、抗風(fēng)浪等特性。目前浮體架臺(tái)的研究技術(shù)尚不成熟。2適宜的選址是保證試驗(yàn)成功的關(guān)鍵。由于浮體平臺(tái)技術(shù)尚不成熟，因此工程開發(fā)對水域的要求相對較高，如水面平靜、風(fēng)速低、光照好等要求。3水面光伏電站既可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能并網(wǎng)，又可作為分布式儲(chǔ)能光伏電站，為水面的養(yǎng)殖、風(fēng)景旅游、生態(tài)等提供電力支持。作為分布式離網(wǎng)儲(chǔ)能電站，儲(chǔ)能設(shè)備的選擇是關(guān)鍵，選擇較低本錢較高性能的蓄電池將顯得尤為重要。本專題主要從以下幾個(gè)方面介紹了水面漂浮式光伏發(fā)電的相關(guān)知識(shí)：1水面漂浮式光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)、開展前景及需解決的關(guān)鍵問題。2水面漂浮式光伏發(fā)電的國內(nèi)外開展

7、現(xiàn)狀。3水面漂浮式光伏發(fā)電的組件型式簡介4水面漂浮式光伏發(fā)電工程的本錢分析1.前言1.1水面漂浮式光伏電站簡介2021年中國大陸光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量2805萬千瓦，累計(jì)發(fā)電量250億千瓦時(shí)。其中，光伏電站2338萬千瓦，分布式467萬千瓦，新增裝機(jī)容量1060萬千瓦，約占全球新增裝機(jī)的五分之一。根據(jù)國家能源局規(guī)劃，2021年度全國光伏年度方案新增并網(wǎng)規(guī)模15GW，其中集中式電站8GW，分布式7GW。談到光伏電站，人們腦海中浮現(xiàn)的還是茫茫戈壁灘上一排排整齊的光伏板，這是因?yàn)槲覈鞑壳嗪?、新疆、甘肅等省份擁有大量未利用土地且光照充足，過去的幾年電站主要建設(shè)在這些地區(qū)。但這些地區(qū)并非負(fù)荷中心，隨著近

8、幾年光伏的大開展，已經(jīng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的棄光現(xiàn)象。而在華北、華中這些用電負(fù)荷中心，受土地性質(zhì)的限制，光伏電站已經(jīng)往山地開展，并且有坡度越來越大的趨勢，即便這樣可用于建設(shè)光伏電站的土地也越來越緊張。在此背景下水上漂浮式光伏電站成為近兩年比擬熱門的話題，水上光伏電站是利用水上基臺(tái)將光伏組件漂浮在水面進(jìn)行發(fā)電。特點(diǎn)在于不占用土地資源，水體對光伏組件有冷卻效應(yīng)，可以抑制組件外表溫度上升，從而獲得更高的發(fā)電量。此外，將太陽能電池板覆蓋在水面上，還可以減少水面蒸發(fā)量，抑制藻類繁殖，保護(hù)水資源。早在2021年美國?科學(xué)日報(bào)?就有了關(guān)于漂浮式光伏電站的報(bào)道。自2021年福島核災(zāi)難后，日本開始投資可再生能源。目前，日

9、本已成為世界上領(lǐng)先的太陽能發(fā)電國家之一。但是擺在日本面前還有一大難題缺乏地盤安放大量的太陽能電池板。為解決這個(gè)問題，現(xiàn)在日本正嘗試建立海上太陽能發(fā)電廠。日本兵庫縣加藤市本月就在兩個(gè)水庫啟用這種系統(tǒng)。該系統(tǒng)大約包括9000組聚乙烯太陽能電池板，這些電池板的底座是完全防水的。該太陽能系統(tǒng)的電子制造商日表示，位于兵庫縣加藤市的這兩家發(fā)電站預(yù)計(jì)年均發(fā)電3300兆瓦時(shí)，可以為920個(gè)住戶提供足夠的電能，但該系統(tǒng)但其安裝及維護(hù)費(fèi)用更昂貴。浮動(dòng)島嶼可以可以幫助日本實(shí)現(xiàn)可再生能源的目標(biāo)。日本現(xiàn)有的水庫為日本開展海上太陽能發(fā)電站提供了巨大的潛能。印度、美國、英國、巴西及澳大利亞也在投資類似的海上太陽能發(fā)電站工程

10、。這項(xiàng)技術(shù)在國外的開展要較國內(nèi)早，已經(jīng)有了一些成功案例，國內(nèi)目前處于剛起步階段。1.2漂浮式光伏電站的優(yōu)點(diǎn)水面漂浮式光伏電站的優(yōu)點(diǎn)主要有以下三點(diǎn)：第一：水面漂浮式光伏電站可防止建設(shè)期征地及運(yùn)營期除草等本錢因素。第二：水具有冷卻太陽能電池板的效果。電池板的溫度假設(shè)降低1，輸出功率可增加0.5。結(jié)晶硅型太陽能電池板具有高溫時(shí)發(fā)電損失會(huì)增大，轉(zhuǎn)換效率會(huì)降低的特性。假設(shè)設(shè)置在水面上，由于水的冷卻效果，在夏季高溫時(shí)與地面和屋頂上設(shè)置的太陽能電池板相比，可以降低發(fā)電損失。與陸地上的光伏電站相比，水上光伏電站的發(fā)電量可高出約10%。第三：水面上覆蓋太陽能電池板，對水生態(tài)環(huán)境的破壞較小。漂浮于水面上的光伏電站

11、可阻擋陽光，防止水藻大規(guī)模爆發(fā)，可為淡水生物提供一個(gè)更佳的孵化環(huán)境。1.3我國開展水面光伏工程開展的前景和意義1中國人多地少，開展水面光伏電站可節(jié)約使用土地。光伏電站的缺點(diǎn)之一是能量分散，占地面積大。光伏電站為永久性占地，大型地面光伏電站需占用較大的土地面積，理論上每10千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)占地100平方米,相當(dāng)于單位千瓦占地10平方米。為減少陰影效應(yīng)，減少發(fā)電量的損失，電池板之間需要存在一定的間隔距離，從而進(jìn)一步加大了占地面積。整個(gè)光伏電站平均千瓦占地2030平方米。2中國北方蒸發(fā)量大于降雨量，開展水面光伏電站可以減少水面蒸發(fā)量。近40年我國干旱半干旱區(qū)降水量與蒸發(fā)量均在減小,但降水量的減小速度

12、大于蒸發(fā)量，水分的收支不平衡造成氣候的枯燥化程度日甚。水面光伏電站由于遮蓋大量的水體外表，可以減少水分蒸發(fā)。3中國有3.2萬公里長海岸線，有極大開展水面光伏電站的地形優(yōu)勢。中國擁有近300萬平方公里的海域，海岸線分為大陸岸線與海島岸線，其中大陸岸線為18000公里。其北部起始點(diǎn)為鴨綠江口，南方終點(diǎn)為北侖河口。沿線開展水面光伏電站，不僅操作難度系數(shù)較低，還可全面為沿線經(jīng)濟(jì)興旺地帶提供電力支持。4中國有8.6萬座水庫截至2021年底，全國水庫水面總面積25619千公頃，即3842.9萬畝截至1996年10月31日，具備大規(guī)模開展水面光伏電站的先決條件。水庫外表主要用于蓄水、發(fā)電、灌溉、養(yǎng)殖、風(fēng)景旅

13、游和生態(tài)保護(hù)?，F(xiàn)有水庫水面90%以上可供養(yǎng)殖，實(shí)際養(yǎng)殖面積僅占可利用總面積的78%，而且單位面積產(chǎn)量普遍較低，但水面光伏電站并不會(huì)影響?zhàn)B殖業(yè)的開展。5中國湖泊眾多，總面積9.1萬km2，面積1千平方米以上的有2700多個(gè)，開展水面光伏電站條件充裕。6水面光伏電站對環(huán)境十分友好，浮體架臺(tái)等設(shè)備可100%回收，且太陽能發(fā)電效率高。綜上所述，我國水面光伏電站的開展前景廣闊，意義重大。1.4水面光伏開展需要解決的關(guān)鍵問題1作為水面光伏電站的重要支撐平臺(tái)，浮體架臺(tái)是關(guān)系到整個(gè)光伏電站能否正常運(yùn)行發(fā)電的重要環(huán)節(jié)。目前光伏電站的全生命周期為25年，浮體架臺(tái)必須相應(yīng)具有良好的抗腐蝕性能、低密度、抗凍脹、抗風(fēng)浪

14、等特性。日本兵庫縣大型水上光伏電站選用了高密度的聚乙烯作為浮體架臺(tái)，聚乙烯無臭，無毒，具有優(yōu)良的耐低溫性能，能耐大多數(shù)酸堿侵蝕。常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性優(yōu)良，耐沖擊性好。但硝酸和硫酸對聚乙烯有較強(qiáng)的破壞作用，易燃燒且離火后繼續(xù)燃燒，易發(fā)生光氧化、熱氧化、臭氧分解，在紫外線作用下容易發(fā)生降解。因此應(yīng)嘗試比聚乙烯更耐光氧化、熱氧化、抗紫外線的型材，或是通過在型材外鍍層等方式增強(qiáng)上述防御性能，使浮體架臺(tái)更耐用、使用壽命更長。中國是世界上竹資源最豐富、竹林面積最大、竹產(chǎn)量最大的國家，素有“竹子王國之稱。全國約有竹林330萬公項(xiàng)，占世界的30以上，竹材產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的13，這是建造水

15、面浮動(dòng)式光伏電站的日本所不具備的。在追求綠色低碳的今天，竹子不僅低本錢粗加工后的竹子1000元/噸，價(jià)格約為聚乙烯的1/6、低能耗，其做成的竹筏更具有吃水淺、浮力大等特點(diǎn)。但未經(jīng)處理的竹筏平均使用壽命僅有2、3年，如對竹產(chǎn)品進(jìn)行處理，使其在水中具有更良好的耐腐蝕性，將使水面光伏電站造價(jià)大幅降低。2適宜的選址是保證試驗(yàn)成功的關(guān)鍵?？煽紤]在大陸內(nèi)氣候靜風(fēng)區(qū)的湖泊和水庫進(jìn)行試驗(yàn)。如金沙江，具有徑流豐沛且較穩(wěn)定、風(fēng)速低、光照條件較好、開發(fā)條件較好等特點(diǎn)。3水面光伏電站既可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能并網(wǎng)，又可作為分布式儲(chǔ)能光伏電站，為水面的養(yǎng)殖、風(fēng)景旅游、生態(tài)等提供電力支持。作為分布式離網(wǎng)儲(chǔ)能電站，儲(chǔ)能設(shè)備的選擇是關(guān)鍵，

16、選擇較低本錢較高性能的蓄電池將顯得尤為重要。2.國內(nèi)外水面漂浮式光伏發(fā)電開展現(xiàn)狀2.1 國外開展現(xiàn)狀一日本日本是目前世界上水上漂浮式光伏電站實(shí)際應(yīng)用最多的國家，根據(jù)截至2021年年底的統(tǒng)計(jì)，已有3.824MW并網(wǎng)，2021年預(yù)計(jì)約15MW并網(wǎng)，另還有約15MW將于2021年年初并網(wǎng)。1.“桶川水上太陽能工程2021年6月在日本崎玉縣，日本西部控股集團(tuán)投資的1.18MW“桶川水上太陽能工程在桶川市的一個(gè)3萬平方米的非飲用水水庫建成并投入運(yùn)行。該工程在占水庫面積43%1.3萬平方米的水面上用錨固定了木筏狀的基臺(tái)，基臺(tái)上鋪設(shè)了4536塊260W太陽能電池板，光伏板傾斜角度12，采用集中式逆變器。2.

17、兵庫縣大型水上光伏電站日本兵庫縣大型水上光伏電站由日本京瓷株式會(huì)社和東京盛世利租賃株式會(huì)社共同投資建造、投入運(yùn)行。工程位于兵庫縣加?xùn)|市西平池的約1.7MW“兵庫高岡西水上兆瓦級(jí)光伏電站，和位于東平池的約1.2MW“兵庫高岡東水上兆瓦級(jí)光伏電站。兩處電站安裝數(shù)量總計(jì)達(dá)11256塊，預(yù)計(jì)年發(fā)電量約達(dá)330萬kWh。3.大阪漂浮式光伏電站在大阪府岸和田市的蓄水池“傍示池水面上建設(shè)的約1MW光伏電站是大阪府首座水上光伏電站。工程投資額約為5億日元，預(yù)計(jì)投入運(yùn)轉(zhuǎn)后的年發(fā)電量約為118萬kWh，年售電額約為3776萬日元。蓄水池的面積約為2萬平方米，在其中約1萬平方米的水面上浮著4016個(gè)260W的太陽能

18、電池板。二印度印度國家水力發(fā)電公司方案在印度喀拉拉邦南部建設(shè)世界最大的水上漂浮式光伏電站，裝機(jī)容量50MW。用來試水的加爾各答水上漂浮式太陽能光伏已竣工完成。該工程共包括10個(gè)1千瓦的玻纖光伏組件，每年可發(fā)電至少1400度電，平均每天發(fā)電4度。三韓國Topsun公司將在韓國開發(fā)一座100MW的浮動(dòng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)，100kW的試驗(yàn)性工程已定于2021年開工，2021年至2021年該工程規(guī)模將擴(kuò)增至100MW。四新加坡安裝在新加坡碧安公園的花園池塘水面上的漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)于2021年成功并網(wǎng)發(fā)電，裝機(jī)容量5kW。該系統(tǒng)由鳳凰太陽能領(lǐng)銜的私人合作基金投資，方案用一年的時(shí)間測試漂浮式光發(fā)電系統(tǒng)的淡水

19、水域適宜性，同時(shí)還將嚴(yán)密監(jiān)測該系統(tǒng)對水質(zhì)量、植物和動(dòng)物的影響，量化評價(jià)預(yù)期的效益，如水冷卻對光伏發(fā)電電池效率的改善，水面覆蓋而減少的淡水蒸發(fā)量，遮擋陽光直射水體而阻止水藻的繁殖等。五英國早在2021年，英國設(shè)計(jì)師菲爾-波利(PhilPauley)就提出漂浮式太陽能電池，不同于現(xiàn)在的漂浮式光伏電站，它是一種漂浮在海面上的網(wǎng)狀太陽能電池，太陽能電池可連接在一起，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。六挪威2021年挪威船級(jí)社DNV的研究人員推出了所謂的動(dòng)態(tài)漂浮式海上太陽能發(fā)電場概念。4200個(gè)560W的薄膜太陽能電池板組成一個(gè)2MW的六邊形太陽能陣列，將多個(gè)

20、陣列連接在一起，那么可組成一個(gè)50MW或以上的光伏電站。光伏陣列分成了假設(shè)干發(fā)電區(qū)域，各發(fā)電區(qū)域?qū)⑺a(chǎn)的電力輸送至收集電力的兩個(gè)主開關(guān)，然后在一個(gè)中央變壓器處提升電壓。這個(gè)海上太陽能發(fā)電場的中心島連接有30kV的電力傳輸線，此傳輸線將一系列的其他太陽能島連接起來，以形成一個(gè)閉循環(huán)，然后繼續(xù)將電力傳輸至岸上的變電站，以與干線電網(wǎng)相連接。七美國美國SPG公司早在2007年就在加州修建了一個(gè)400kW的浮動(dòng)式太陽能陣列工程，經(jīng)過4年的完善，該公司又推出了商業(yè)化的浮動(dòng)式太陽能陣列，安裝在索諾瑪縣的一座灌溉池塘里，系統(tǒng)通過池塘底部鋪設(shè)的電纜與輸電網(wǎng)連接。該工程將在2021年并網(wǎng)運(yùn)行，工程的裝機(jī)容量為1

21、2.5MW。八巴西巴西的水上漂浮式光伏電站試點(diǎn)工程方案在亞馬遜的巴爾比納水電廠進(jìn)行，350MW的容量使其成為世界上最大的漂浮太陽能發(fā)電場。九澳洲澳大利亞第一個(gè)漂浮式光伏電站位于南澳大利亞Jamestown的一個(gè)污水處理廠，裝機(jī)容量4MW，橫跨三個(gè)水處理池，所生產(chǎn)的電力供給污水設(shè)施本身和該地區(qū)企業(yè)。2.2 國內(nèi)開展現(xiàn)狀相較日本、英國、韓國等國家已經(jīng)陸續(xù)有漂浮式光伏電站落戶，我國起步較晚，我國首座水面漂浮式光伏發(fā)電站試驗(yàn)工程將在湖北省棗陽市熊河水庫興建，方案2021年底建成投產(chǎn)。工程由湖北省地方水電公司、長江委設(shè)計(jì)院新能源公司和襄陽市熊河水庫管理處共同投資，概算總投資1038萬元，總裝機(jī)1200k

22、W。為確保工程贏利，方案陸地裝機(jī)1000kW，水庫水面裝機(jī)200kW，占水面約2000平方米。這個(gè)工程標(biāo)志著我國的水上漂浮光伏電站已經(jīng)起步，同時(shí)，這種新型的光伏電站也已經(jīng)引起國家能源局的重視，局長努爾白克力在安徽省觀摩漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)強(qiáng)調(diào)，光伏發(fā)電也要因地制宜，南方多水域地區(qū)推廣水上光伏電站大有可為，國家能源局在制定長江經(jīng)濟(jì)帶能源規(guī)劃時(shí)會(huì)予以專門考慮。2021年6月亞洲最大國內(nèi)首座大型水面光伏系統(tǒng)在河北省臨西縣落成，該系統(tǒng)采用了江蘇朗禾農(nóng)光聚合科技的整個(gè)水面光伏系統(tǒng)，裝機(jī)容量為8MWp。本工程所采用的是支架是水面漂浮型的，通過岸邊的鎖鏈進(jìn)行固定，所以不受水位上下的影響。在蓄水期和排洪期不會(huì)

23、對水庫造成阻礙也不會(huì)影響其自身的發(fā)電。在工程上不管是安裝太陽能電池板的角度，還是每排浮島電池板的間距，都充分考慮了漁業(yè)養(yǎng)殖的要求，做到不影響水庫內(nèi)蝦、魚類的生長。江蘇朗禾農(nóng)光聚合科技的技術(shù)采用了可移動(dòng)式拼接構(gòu)件，可以隨時(shí)靈活的移動(dòng)區(qū)域，為漁業(yè)養(yǎng)殖帶來更多的模式。該水庫的養(yǎng)殖模式采取光伏新能源與漁業(yè)養(yǎng)殖相結(jié)合進(jìn)行綜合開發(fā)，形成“上可發(fā)電、下可養(yǎng)魚的發(fā)電模式，實(shí)現(xiàn)了漁業(yè)增產(chǎn)和節(jié)能減排兩不誤。該模式開辟了一條內(nèi)陸地區(qū)如何利用空間資源開展新能源的新道路。3.國內(nèi)外水面漂浮式光伏發(fā)電組件型式簡介3.1 組件型式一法國法國一家公司的產(chǎn)品，專門模具生產(chǎn)的浮筒，標(biāo)號(hào)1的浮筒放置電池板，標(biāo)號(hào)2的浮筒用作維護(hù)施工

24、。特點(diǎn)，一塊電池板一個(gè)浮筒，連接處可視為柔性連接。塑料插銷3.2 組件型式二法國該型式采用法國公司Ciel et Terre的漂浮太陽能平臺(tái)技術(shù)Hydrelio，在1.3萬平方米的水面上用錨固定了木筏狀的基臺(tái)，基臺(tái)上鋪設(shè)約4500塊太陽能電池板。3.3 組件型式三日本工程利用浮體架臺(tái)類似木排的樹脂構(gòu)件支撐太陽能電池板，每個(gè)浮體架臺(tái)上設(shè)置一定數(shù)量的太陽能電池板，首先在地面上將太陽能電池板安裝到浮體架臺(tái)上，再用吊車運(yùn)到儲(chǔ)水池的水面上設(shè)置。3.4 組件型式四日本太陽能電池板和接線盒利用樹脂制浮臺(tái)設(shè)置在水池上。浮臺(tái)是類似于竹筏的樹脂制部件，起著地上設(shè)置時(shí)使用的根底和架臺(tái)的作用。浮臺(tái)載著太陽能電池板和接