談到光伏電站很多人腦海中浮現(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?guó)西部青海、新疆、甘肅等省份擁有大量未利用土地且光照充足，過(guò)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，隨著近幾年光伏的大發(fā)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)往山地發(fā)展，并且有坡度越來(lái)越大的趨勢(shì)，即便這樣可用于建設(shè)光伏電站的土地也越來(lái)越緊張。
在此背景下水上漂浮式光伏電站成為近兩年比較熱門(mén)的話(huà)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(duì)光伏組件有冷卻效應(yīng)，可以抑制組件表面溫度上升，從而獲得更高的發(fā)電量。此外，將太陽(yáng)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(lèi)繁殖，保護(hù)水資源。
早在2011年美國(guó)《科學(xué)日?qǐng)?bào)》就有了關(guān)于漂浮式光伏電站的報(bào)道，這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展要較國(guó)內(nèi)早，已經(jīng)有了一些成功案例，國(guó)內(nèi)目前處于剛起步階段。
一、國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
１、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(guó)家，根據(jù)截至2014年年底的統(tǒng)計(jì)，已有3.824MW并網(wǎng)，2015年預(yù)計(jì)約15MW并網(wǎng)，另還有約15MW將于2016年年初并網(wǎng)。
“桶川水上太陽(yáng)能”項(xiàng)目
2013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(yáng)能”項(xiàng)目在桶川市的一個(gè)3萬(wàn)平方米的非飲用水水庫(kù)建成并投入運(yùn)行。該項(xiàng)目在占水庫(kù)面積43%（1.3萬(wàn)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(yáng)能電池板，光伏板傾斜角度12°，采用集中式逆變器。
圖1：日本桶川漂浮式光伏電站
該項(xiàng)目采用的技術(shù)為法國(guó)天地公司研制的漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)，將光伏發(fā)電組件固定在浮塊上，浮塊由高密度聚乙烯制成，沒(méi)有金屬部件，安裝是模塊式拼接，簡(jiǎn)便快捷，項(xiàng)目建設(shè)期約6周，其中漂浮系統(tǒng)和光伏組件安裝各需要3周。水庫(kù)及其周邊河流充足的水源擁有良好的冷卻效果，發(fā)電量同比屋頂或地面光伏發(fā)電系統(tǒng)可提高10％左右。
該項(xiàng)目耗資3.5億日元（約合人民幣2180萬(wàn)元），所發(fā)電量由東京電力公司按照日本太陽(yáng)能上網(wǎng)電價(jià)（37.8日元/kWh，約合0.38美元/kWh）收購(gòu)，銷(xiāo)售收入預(yù)計(jì)為每年約5000萬(wàn)日元。
兵庫(kù)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)社共同投資建造的日本兵庫(kù)縣大型水上光伏電站于今年3月底投入運(yùn)行。
此次投入運(yùn)行的是位于兵庫(kù)縣加?xùn)|市西平池的約1.7MW“兵庫(kù)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(kù)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(wàn)kWh。
圖4：兵庫(kù)縣漂浮式光伏電站
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“DREAMSolarFloat1號(hào)@神於山”于今年4月6日開(kāi)工建設(shè)，8月11日竣工，并開(kāi)始了商業(yè)運(yùn)營(yíng)，電站從2015年8月10日開(kāi)始向關(guān)西電力全量售電，這是大阪府首座水上光伏電站。項(xiàng)目投資額約為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(wàn)kWh，年售電額約為3776萬(wàn)日元。
蓄水池的面積約為2萬(wàn)平方米，在其中約1萬(wàn)平方米的水面上浮著4016個(gè)260W的太陽(yáng)能電池板。項(xiàng)目利用浮體架臺(tái)（類(lèi)似木排的樹(shù)脂構(gòu)件）支撐太陽(yáng)能電池板，每個(gè)浮體架臺(tái)上設(shè)置一定數(shù)量的太陽(yáng)能電池板，首先在地面上將太陽(yáng)能電池板安裝到浮體架臺(tái)上，再用吊車(chē)運(yùn)到儲(chǔ)水池的水面上設(shè)置。
圖5：浮體架臺(tái)吊裝中
圖6：浮體架臺(tái)吊裝后
2、亞洲其他國(guó)家
印度
印度國(guó)家水力發(fā)電公司計(jì)劃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(lái)試水的加爾各答水上漂浮式太陽(yáng)能光伏已于今年1月宣布完成。該項(xiàng)目共包括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。
韓國(guó)
Topsun公司將在韓國(guó)開(kāi)發(fā)一座100MW的浮動(dòng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)，100kW的試驗(yàn)性項(xiàng)目已定于2013年開(kāi)工，2014年至2015年該項(xiàng)目規(guī)模將擴(kuò)增至100MW。
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2013年成功并網(wǎng)發(fā)電，裝機(jī)容量5kW。該系統(tǒng)由鳳凰太陽(yáng)能有限公司領(lǐng)銜的私人合作基金投資，計(jì)劃用一年的時(shí)間測(cè)試漂浮式光發(fā)電系統(tǒng)的淡水水域適宜性，同時(shí)還將嚴(yán)密監(jiān)測(cè)該系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)量、植物和動(dòng)物的影響，量化評(píng)價(jià)預(yù)期的效益，如水冷卻對(duì)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(yáng)光直射水體而阻止水藻的繁殖等。
3、歐洲
英國(guó)
早在2011年，英國(guó)設(shè)計(jì)師菲爾-波利(PhilPauley)就提出漂浮式太陽(yáng)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(yáng)能電池，太陽(yáng)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。
圖7：漂浮式太陽(yáng)能電池
2014年英國(guó)第一座漂浮的光伏電站在伯克郡建成，該漂浮電站位于沃格雷夫附近的Sheeplands農(nóng)場(chǎng)，由800塊光伏板組成，總裝機(jī)容量為200kW，項(xiàng)目共耗資25萬(wàn)英鎊，投資將在6年內(nèi)獲得收益，在未來(lái)的20年中，農(nóng)場(chǎng)主MarkBennett將每年可以獲得20500英鎊的補(bǔ)貼，農(nóng)場(chǎng)每年將節(jié)省的電費(fèi)2.4萬(wàn)英鎊。
圖8：伯克郡漂浮式光伏電站
挪威
2012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(yáng)能發(fā)電場(chǎng)概念。4200個(gè)560W的薄膜太陽(yáng)能電池板組成一個(gè)2MW的六邊形太陽(yáng)能陣列，將多個(gè)陣列連接在一起，則可組成一個(gè)50MW或以上的光伏電站。
光伏陣列分成了若干發(fā)電區(qū)域，各發(fā)電區(qū)域?qū)⑺a(chǎn)的電力輸送至收集電力的兩個(gè)主開(kāi)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(yáng)能發(fā)電場(chǎng)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(yáng)能島連接起來(lái)，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。
圖9：漂浮式光伏陣列
4、美洲
美國(guó)
美國(guó)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(yáng)能陣列項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)4年的完善，該公司又推出了商業(yè)化的浮動(dòng)式太陽(yáng)能陣列，安裝在索諾瑪縣的一座灌溉池塘里，系統(tǒng)通過(guò)池塘底部鋪設(shè)的電纜與輸電網(wǎng)連接。該項(xiàng)目將在2016年并網(wǎng)運(yùn)行，項(xiàng)目的裝機(jī)容量為12.5MW。
巴西
巴西的水上漂浮式光伏電站試點(diǎn)項(xiàng)目計(jì)劃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(yáng)能發(fā)電場(chǎng)。
澳洲
今年澳大利亞第一個(gè)漂浮式光伏電站開(kāi)始動(dòng)工，該項(xiàng)目位于南澳大利亞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)的電力供應(yīng)污水設(shè)施本身和該地區(qū)企業(yè)。
二、國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
相較日本、英國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家已經(jīng)陸續(xù)有漂浮式光伏電站落戶(hù)，我國(guó)起步較晚，我國(guó)首座水面漂浮式光伏發(fā)電站試驗(yàn)項(xiàng)目將在湖北省棗陽(yáng)市熊河水庫(kù)興建，計(jì)劃2015年底建成投產(chǎn)。
項(xiàng)目由湖北省地方水電公司、長(zhǎng)江委設(shè)計(jì)院新能源公司和襄陽(yáng)市熊河水庫(kù)管理處共同投資，概算總投資1038萬(wàn)元，總裝機(jī)1200kW。為確保工程贏利，計(jì)劃陸地裝機(jī)1000kW，水庫(kù)水面裝機(jī)200kW，占水面約2000平方米。該項(xiàng)目于今年6月17日，在棗陽(yáng)發(fā)改局完成項(xiàng)目備案。
這個(gè)項(xiàng)目標(biāo)志著我國(guó)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(guó)家能源局的重視，局長(zhǎng)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(guó)家能源局在制定長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶能源規(guī)劃時(shí)會(huì)予以專(zhuān)門(mén)考慮。
三、結(jié)語(yǔ)
從國(guó)外的發(fā)展可以看出，各國(guó)的水上漂浮光伏電站的發(fā)展模式基本上都遵循著企業(yè)牽頭、政府支持、科技支撐的模式，電站規(guī)模有著越來(lái)越大的趨勢(shì)，從到1MW到幾MW，再到幾十上百M(fèi)W，目前，日本保持著漂浮發(fā)電場(chǎng)最大輸出紀(jì)錄（約13.4MW），但韓國(guó)、印度巴西都宣稱(chēng)要建設(shè)世界最大的漂浮光伏電站，并處于試驗(yàn)階段。
我國(guó)蘊(yùn)藏豐富的水資源，湖泊、水庫(kù)眾多，發(fā)展水上漂浮式光伏發(fā)電站可以解除土地因素的束縛，拓寬光伏發(fā)電的應(yīng)用，同時(shí)還有提高發(fā)電量、保護(hù)水資源的益處，雖然這項(xiàng)技術(shù)距離大面積、大規(guī)模開(kāi)發(fā)還有一定的距離，組件長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境中的可靠性、浮臺(tái)的承載能力和使用壽命等問(wèn)題還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，但隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，相信國(guó)內(nèi)會(huì)越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始涉足漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)利用。
