國電投的這個“全球首個”深遠(yuǎn)海光伏是什么黑科技
由國家電投山東分公司投資開發(fā)的海上浮動太陽能，是全球首個投用的深遠(yuǎn)海風(fēng)光同場漂浮式光伏實證項目。如果效果比較好，將為規(guī)模化推進(jìn)海上漂浮式光伏打造標(biāo)桿示范、開辟引領(lǐng)路徑。
光伏發(fā)電已經(jīng)無所不在。除了沙漠、荒漠、戈壁和家庭屋頂、城市大廈等陸上項目，湖泊、水庫、魚塘等水面項目也在不斷延申，見慣不怪。延展的步伐并沒有因此停止，在全球遍地開花的清潔能源開發(fā)中，光伏已經(jīng)開始“上天下海”了。
光伏上天，是指包括中國、英國、美國、日本、歐盟在內(nèi)的國家和地區(qū)，已經(jīng)開始在研發(fā)或布局太空光伏發(fā)電站，以便全天候為地球提供電能。
“光伏入海”走得更快，近海就不用說，一些沿海居民早已開始了近海漁業(yè)和光伏的結(jié)合。現(xiàn)在深遠(yuǎn)海的光伏也已經(jīng)有了示范項目。
10月31日，山東半島南3號海上風(fēng)電場20兆瓦深遠(yuǎn)海漂浮式光伏500千瓦項目發(fā)電，成為全球首個投用的深遠(yuǎn)海風(fēng)光同場漂浮式光伏實證項目。
這個項目由國家電投山東分公司投資開發(fā)。不同于現(xiàn)有的遮蔽海區(qū)和近海區(qū)域的海上光伏，該實證項目是全球首個在離岸距離30公里、水深30米、極端浪高10米的“雙30”海洋環(huán)境下研究和建設(shè)的漂浮式海上光伏工程實證項目。
在深遠(yuǎn)海建風(fēng)電已經(jīng)很艱難了，要建光伏發(fā)電，技術(shù)難度更是復(fù)雜，除了要克服深遠(yuǎn)海風(fēng)高浪急、特別是臺風(fēng)季節(jié)的險惡環(huán)境，還要防止高含鹽量海水的侵蝕和腐化，維護(hù)成本也非常高。所以，對材料和技術(shù)，挑戰(zhàn)都非同一般。
那么，國電投的這個全球首個“風(fēng)光同場”的漂浮式光伏發(fā)電站到底是怎么回事？使用的是什么技術(shù)？是否有競爭力？未來商業(yè)化前景怎樣？圍繞這些問題，《環(huán)球零碳》帶你一探究竟。
1
首個風(fēng)光同場海上光伏
國電投開發(fā)的這個漂浮式光伏項目，位于山東海陽南側(cè)海域，與山東半島南3號300兆瓦海上風(fēng)電同場，距離海岸30余公里，水深達(dá)30米，極端浪高10米。
所謂“風(fēng)光同場”海上光伏，是山東省極力支持的一種能源利用和能源開發(fā)方式，就是將光伏發(fā)電站從陸地搬到海上，是發(fā)電工程和海洋工程的融合創(chuàng)新。這樣光伏發(fā)電可以跟海上風(fēng)電共用輸電纜線，節(jié)約成本。
當(dāng)然，發(fā)展海上光伏，還有一個優(yōu)勢，就是相較陸上光伏，海面開闊無遮擋，日照時間較長，光能利用充分，環(huán)境優(yōu)勢得天獨(dú)厚，可顯著提升發(fā)電量。
跟海上風(fēng)電一樣，海上光伏也主要包括樁基固定式和漂浮式等類別，各有其適用場景。一般情況下，若水深10米以上采用漂浮式安裝。
國電投這個項目因為水深達(dá)30米，所以采用漂浮式安裝方式，單個浮體單元裝機(jī)容量250千瓦。目前處于示范階段，只裝了兩個單元，一共500千瓦。
整個浮體單元由環(huán)形抗風(fēng)浪浮體、耐海洋環(huán)境的高強(qiáng)薄膜、光伏系統(tǒng)等組成。在直徑53米的浮體單元上，面積相當(dāng)于4個標(biāo)準(zhǔn)籃球場，共安裝了770塊光伏組件，其發(fā)出的清潔電能匯流到逆變器后送至同場運(yùn)行的山東半島南3號風(fēng)機(jī)平臺，后續(xù)將通過海上升壓站送出至電網(wǎng)。
圖說：浮動太陽能的組成部分
來源：Ocean Sun
2
關(guān)鍵技術(shù)是加強(qiáng)的聚合物薄膜
注意看整個光伏組件，是不是有點像大圓盤？這個圓盤就是光伏組件的平臺，整個平臺由環(huán)形抗風(fēng)浪浮體、耐海洋環(huán)境高強(qiáng)彈性薄膜、光伏系統(tǒng)和風(fēng)光送出系統(tǒng)等組成。
據(jù)該項目負(fù)責(zé)人介紹，海上光伏電站的環(huán)形抗風(fēng)浪浮體由高密度聚乙烯管件預(yù)制，高度0.6米至0.8米，通過4個系泊點和12條纜索錨固于海床，與風(fēng)機(jī)安全距離保持在60米以上。
光伏組件平臺依據(jù)海況采用定制化光伏發(fā)電組件，可減少波浪對光伏面板的沖擊，光伏組件采用預(yù)制滑軌與彈性薄膜連接，并通過薄膜直接與海水接觸，水體對光伏設(shè)備的冷卻可有效提高發(fā)電效率10%以上。
其實，這里的關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用了挪威Ocean Sun公司彈性薄膜專利技術(shù)及錨固系統(tǒng)設(shè)計。光伏組件則來自協(xié)鑫公司定制的耐海洋環(huán)境光伏組件。
仔細(xì)對比，整個大圓盤有點像巨大的睡蓮，漂浮在海面上。其實，Ocean Sun公司的設(shè)計靈感就來自大自然。它們認(rèn)為，水上光伏，就像漂浮生物一樣停留在水面上，兩者都需要錨定在海床上，兩者都在陽光下“茁壯成長”，太陽能電池模仿植物細(xì)胞，光伏技術(shù)模仿光合作用。
圖說：浮動太陽能平臺設(shè)計靈感來自睡蓮
Ocean Sun公司的專利技術(shù)就是基于一種加強(qiáng)的聚合物薄膜，用于支撐和漂浮定制的光伏組件，并實現(xiàn)了其他浮動光伏系統(tǒng)無法實現(xiàn)的優(yōu)勢。
這個加強(qiáng)而又薄的聚合物膜賦予系統(tǒng)水彈性的特性，使結(jié)構(gòu)和光伏組件能夠隨著波浪的諧波優(yōu)雅地移動，而不是與波浪的力量抗?fàn)帯?br />
根據(jù)Ocean Sun在泳池的測試和模擬被用來預(yù)測系統(tǒng)的波浪能力，計算流體動力學(xué)分析（CFD）已經(jīng)證明，該系統(tǒng)可以抵御每小時275公里的4級臺風(fēng)，而且在鹽水中有20年的使用壽命。
根據(jù)Ocean Sun相關(guān)材料的介紹，這種聚合物薄膜的優(yōu)點還包括：在所有浮動光伏系統(tǒng)中，材料使用率總體最低，從而實現(xiàn)最低的平準(zhǔn)備度電成本（LCOE）；安裝簡單、安全、快捷；通過直接水冷卻提高效率；減少水分蒸發(fā)；在大風(fēng)、海浪和強(qiáng)流中證明了其韌性；材料物流成本大幅降低……
3
海上光伏的前景與商業(yè)化
山東這個海上漂浮式光伏實證項目，在驗證浮體、錨固、發(fā)電組件抗風(fēng)浪能力及海洋環(huán)境耐候性方面，如果效果比較好，將為規(guī)模化推進(jìn)海上漂浮式光伏打造標(biāo)桿示范、開辟引領(lǐng)路徑。
山東在這方面也是走在全國前面。
今年7月，山東省印發(fā)的《山東省海上光伏建設(shè)工程行動方案》指出，山東省將積極穩(wěn)妥推動漂浮式海上光伏發(fā)展，重點結(jié)合海上風(fēng)電規(guī)劃建設(shè)，創(chuàng)新打造“風(fēng)光同場”一體化開發(fā)模式，逐步擴(kuò)大漂浮式光伏建設(shè)規(guī)模，并推動其向深遠(yuǎn)海海域發(fā)展。
山東省能源局新能源和可再生能源處負(fù)責(zé)人介紹，“十四五”期間，山東按照“由近及遠(yuǎn)、由易到難、示范先行、分步實施”總思路，統(tǒng)籌推進(jìn)海上光伏規(guī)模化、集約化、協(xié)同化發(fā)展，聚力打造技術(shù)先進(jìn)、生態(tài)友好、智慧融合的“環(huán)渤海、沿黃海”雙千萬千瓦級海上光伏基地。2022年，啟動漂浮式海上光伏示范工作;到2025年，力爭開工建設(shè)200萬千瓦，建成并網(wǎng)100萬千瓦左右。
全球而言，浮動式太陽能有可能在全世界范圍內(nèi)大規(guī)模地提供低成本的可再生能源。
迄今為止，使用主流技術(shù)安裝的浮動式太陽能超過2.4 GWp。然而，世界銀行估計，即使在溫和的假設(shè)下，僅在人工水庫上，全球浮動太陽能的潛力就有2000 GWp。考慮到近岸的沿海水域、河流、湖泊和其他目前主流浮動太陽能技術(shù)不可行的地方，其潛力就變得巨大了。
Ocean Sun公司首席執(zhí)行官Børge Bjørneklett此前接受采訪時聲稱，海洋光伏有可能在增長方面擊敗海上浮動風(fēng)能。
Børge Bjørneklett 表示：“如果你看一下世界的輻照圖，特別是東南亞的輻照圖，浮動太陽能應(yīng)用范圍比浮動風(fēng)能大得多。”
企業(yè)布局方面，除了Ocean Sun公司，德國最大的公用事業(yè)能源公司萊茵集團(tuán)（RWE）也進(jìn)軍浮動太陽能領(lǐng)域。
今年7月，RWE和荷蘭太陽能技術(shù)公司SolarDuck簽署了一項合作協(xié)議，將共同發(fā)展海上浮動太陽能的使用。剛開始，將在北海投資進(jìn)行第一個海上試點。這個試點項目名為Merganser，其銘牌容量為0.5MWp。
海上浮動太陽能技術(shù)，旨在為日益稀缺的可再生能源發(fā)電土地提供答案。將海上浮動太陽能整合到海上風(fēng)電場，利用風(fēng)力渦輪機(jī)之間的空間，是對海洋空間更有效的利用，而且還可在多源可再生能源工廠的建設(shè)和維護(hù)方面發(fā)揮協(xié)同作用。如果能在技術(shù)上克服海上惡劣條件，前景還是非常看好。
這個加強(qiáng)而又薄的聚合物膜賦予系統(tǒng)水彈性的特性，使結(jié)構(gòu)和光伏組件能夠隨著波浪的諧波優(yōu)雅地移動，而不是與波浪的力量抗?fàn)帯?br />
根據(jù)Ocean Sun在泳池的測試和模擬被用來預(yù)測系統(tǒng)的波浪能力，計算流體動力學(xué)分析（CFD）已經(jīng)證明，該系統(tǒng)可以抵御每小時275公里的4級臺風(fēng)，而且在鹽水中有20年的使用壽命。
根據(jù)Ocean Sun相關(guān)材料的介紹，這種聚合物薄膜的優(yōu)點還包括：在所有浮動光伏系統(tǒng)中，材料使用率總體最低，從而實現(xiàn)最低的平準(zhǔn)備度電成本（LCOE）；安裝簡單、安全、快捷；通過直接水冷卻提高效率；減少水分蒸發(fā)；在大風(fēng)、海浪和強(qiáng)流中證明了其韌性；材料物流成本大幅降低……
3
海上光伏的前景與商業(yè)化
山東這個海上漂浮式光伏實證項目，在驗證浮體、錨固、發(fā)電組件抗風(fēng)浪能力及海洋環(huán)境耐候性方面，如果效果比較好，將為規(guī)模化推進(jìn)海上漂浮式光伏打造標(biāo)桿示范、開辟引領(lǐng)路徑。
山東在這方面也是走在全國前面。
今年7月，山東省印發(fā)的《山東省海上光伏建設(shè)工程行動方案》指出，山東省將積極穩(wěn)妥推動漂浮式海上光伏發(fā)展，重點結(jié)合海上風(fēng)電規(guī)劃建設(shè)，創(chuàng)新打造“風(fēng)光同場”一體化開發(fā)模式，逐步擴(kuò)大漂浮式光伏建設(shè)規(guī)模，并推動其向深遠(yuǎn)海海域發(fā)展。
山東省能源局新能源和可再生能源處負(fù)責(zé)人介紹，“十四五”期間，山東按照“由近及遠(yuǎn)、由易到難、示范先行、分步實施”總思路，統(tǒng)籌推進(jìn)海上光伏規(guī)模化、集約化、協(xié)同化發(fā)展，聚力打造技術(shù)先進(jìn)、生態(tài)友好、智慧融合的“環(huán)渤海、沿黃海”雙千萬千瓦級海上光伏基地。2022年，啟動漂浮式海上光伏示范工作;到2025年，力爭開工建設(shè)200萬千瓦，建成并網(wǎng)100萬千瓦左右。
全球而言，浮動式太陽能有可能在全世界范圍內(nèi)大規(guī)模地提供低成本的可再生能源。
迄今為止，使用主流技術(shù)安裝的浮動式太陽能超過2.4 GWp。然而，世界銀行估計，即使在溫和的假設(shè)下，僅在人工水庫上，全球浮動太陽能的潛力就有2000 GWp。考慮到近岸的沿海水域、河流、湖泊和其他目前主流浮動太陽能技術(shù)不可行的地方，其潛力就變得巨大了。
Ocean Sun公司首席執(zhí)行官Børge Bjørneklett此前接受采訪時聲稱，海洋光伏有可能在增長方面擊敗海上浮動風(fēng)能。
Børge Bjørneklett 表示：“如果你看一下世界的輻照圖，特別是東南亞的輻照圖，浮動太陽能應(yīng)用范圍比浮動風(fēng)能大得多。”
企業(yè)布局方面，除了Ocean Sun公司，德國最大的公用事業(yè)能源公司萊茵集團(tuán)（RWE）也進(jìn)軍浮動太陽能領(lǐng)域。
今年7月，RWE和荷蘭太陽能技術(shù)公司SolarDuck簽署了一項合作協(xié)議，將共同發(fā)展海上浮動太陽能的使用。剛開始，將在北海投資進(jìn)行第一個海上試點。這個試點項目名為Merganser，其銘牌容量為0.5MWp。
海上浮動太陽能技術(shù)，旨在為日益稀缺的可再生能源發(fā)電土地提供答案。將海上浮動太陽能整合到海上風(fēng)電場，利用風(fēng)力渦輪機(jī)之間的空間，是對海洋空間更有效的利用，而且還可在多源可再生能源工廠的建設(shè)和維護(hù)方面發(fā)揮協(xié)同作用。如果能在技術(shù)上克服海上惡劣條件，前景還是非常看好。
作者：小博 來源：Ocean Sun 責(zé)任編輯：jianping
太陽能發(fā)電網(wǎng)|nj-bjj.com 版權(quán)所有