最早的漂浮光伏專利是在2008年才申請的。早在2006年，位于法國里爾的漂浮光伏專業(yè)公司Ciel et Terre就開始推動這一想法。
2007年， Napa Valle的葡萄酒生產(chǎn)商Far Niente的一個池塘里出現(xiàn)了一個175KW小型商業(yè)電站，這個電站可以降低能源成本，避免占用土地。在土地上種葡萄樹可以帶來更高的利潤。
第一個正式的漂浮光伏系統(tǒng)于2007年在日本愛知縣建成。隨后，許多國家出現(xiàn)了許多兆瓦級以下的小型電站，尤其是法國、意大利、韓國、西班牙和美國，這些電站主要用于研究和示范。請記住，在這一時期，即使是 "正常 "的太陽能成本也難以維持，只有在慷慨的上網(wǎng)電價和直接補(bǔ)貼下才能實(shí)現(xiàn)。
截至目前，非常明顯的是，亞洲將在不久的將來及之后主導(dǎo)漂浮光伏。
我們之所以選擇漂浮光伏，是因?yàn)樽陨蟼€月以來，關(guān)于這個新領(lǐng)域的新聞一直沒有停止過。首先是NTPC在NTPC的Simhadri熱電廠水庫中啟用了一個10MW漂浮光伏電站。這個電站輕而易舉的成為了印度此領(lǐng)域現(xiàn)有最大電站，但時間不長。緊接著，Ciel Et Terre公司在西孟加拉邦的Sagardighi舉行了5.4MW電站的落成典禮，這是第一個位于熱電廠的電站。
這還不是全部。當(dāng)你讀到這個故事時，NTPC可能已經(jīng)為印度另一個 "最大"的漂浮光伏電站舉行了落成典禮， 這一100MW漂浮光伏電站的一期項(xiàng)目計(jì)劃建在特倫甘納邦的Ramagundam。項(xiàng)目原定于5月開工，但由于新冠疫情，現(xiàn)在將分階段開工，每個階段大約15MW，今年年底前完成100MW整體項(xiàng)目。
這個耗資42.3億印度盧比的項(xiàng)目最終將覆蓋服務(wù)于Ramagundam熱電廠的水體或水庫。漂浮光伏的成本也在穩(wěn)步下降，北方邦Rihand Dam水庫一處150MW漂浮光伏項(xiàng)目的投標(biāo)價為3.29印度盧比/kWh，中標(biāo)方為Shapoorji Pallonji rup和Renew Power公司。(注：該項(xiàng)目后因與地形有關(guān)的問題被推遲)。
不僅如此，在全球范圍內(nèi)，一個60MW電站也在新加坡投運(yùn)。該電站是目前世界上最大的漂浮電站之一，由Sembcorp Industries公司的一家子公司在一個水庫上建造，占地面積45公頃(111英畝)。在鄰近的印度尼西亞Batam島，新加坡的Sunseap公司也公布了投資逾20億美元建設(shè)另一個最高容量為2.3GW的太陽能+儲能電站的計(jì)劃。
市場情報(bào)公司Transparency Market Research(TMR)在3月份的一份報(bào)告中預(yù)測，2019年-2027年，漂浮光伏增長強(qiáng)勁，年復(fù)合增長率達(dá)到43%。TMR還預(yù)計(jì)，創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步可以確保漂浮光伏的增長勢頭不會出現(xiàn)放緩。印度和中國等發(fā)展中國家的漂浮光伏電池組件的采用率上升，這會進(jìn)一步推動增長。在公布了漂浮光伏項(xiàng)目的逾63個國家中，近40個國家已經(jīng)有一個已投運(yùn)項(xiàng)目或接近投運(yùn)項(xiàng)目。
今天，漂浮光伏的實(shí)際裝機(jī)容量已接近3GW，而整體太陽能裝機(jī)容量接近775GW。隨著規(guī)模的擴(kuò)大和對技術(shù)的更深入理解，太陽能的成本仍在下降，漂浮光伏絕對不再是一個未來的選擇，漂浮光伏時代已經(jīng)到來。
為什么是漂浮光伏?
漂浮光伏的基本優(yōu)勢眾所周知。在人口密度高的地區(qū)，尤其是在可用土地競爭激烈的地區(qū)，可以看到漂浮光伏正在取得進(jìn)展。東印度就是一個絕佳的例子。關(guān)聯(lián)漂浮光伏與為水電建造的大型水庫可以使漂浮光伏靠近現(xiàn)有的電力傳輸基礎(chǔ)設(shè)施，或靠近水處理廠等需求中心，這也是推動漂浮光伏開發(fā)的另一項(xiàng)優(yōu)勢。
由于水的冷卻作用和灰塵的減少，漂浮光伏項(xiàng)目在提高能源產(chǎn)出方面具備了明顯優(yōu)勢。以25年的預(yù)期壽命計(jì)算，這些優(yōu)勢有助于縮小與地面太陽能的初始成本差距，后者的初始成本占比通常為10-15%。
很簡單，漂浮光伏填補(bǔ)了太陽能難以滿足的能源需求。在有些地方，為了安裝地面太陽能，需要獲得大量的土地，這是一個問題。通過與現(xiàn)有資源，例如熱電廠或水電廠的結(jié)合，發(fā)電會變得更有效。
就水電站而言，水庫可以在白天的高峰時段減少水力發(fā)電，這時，太陽能就會發(fā)揮作用。首個這類電站于2017年在葡萄牙建成，由EDP安裝。由于產(chǎn)出的增長可以預(yù)測，所以到目前為止的反饋都是積極的。從規(guī)模的角度來說，這也意味著更高的電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。
美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)估計(jì)，全世界有可能結(jié)合漂浮光伏和現(xiàn)有水電設(shè)施的淡水水庫有近38萬個。當(dāng)然，全面分析可能會揭示一些由于各種問題而不適合的水庫，例如水位降得很低，甚至在旱季沒有儲水的水庫。但毫無疑問的是，找到建設(shè)項(xiàng)目的區(qū)域根本不是問題。潛在發(fā)電量幾乎達(dá)到7TW，不容小覷。
一個相對較少討論的利益是較低的運(yùn)維成本。
Ciet Et terre印度公司總經(jīng)理Deepak Ushadevi表示，“漂浮光伏的運(yùn)維成本比地面電站系統(tǒng)要低。因?yàn)橹車兴写罅康乃捎糜谇鍧?，所以污物較少。使用刷子清潔的傳統(tǒng)方法可以降低運(yùn)維費(fèi)用。在工程設(shè)計(jì)時，應(yīng)注意電氣設(shè)備的防潮問題。”
所有的設(shè)備都需要防水并適合用于潮濕的環(huán)境。
印度政府制定了2022年10GW的目標(biāo)。與100GW的太陽能總目標(biāo)一樣，這個數(shù)字不太可能實(shí)現(xiàn)。然而，據(jù)估計(jì)，印度的漂浮光伏潛力預(yù)計(jì)會達(dá)到280GW。毫無疑問，隨著早期的小型漂浮光伏電站數(shù)據(jù)和性能記錄的建立，漂浮光伏只會不斷增長。截至目前，印度已經(jīng)發(fā)布了1.7GW招標(biāo)。各方一致預(yù)計(jì)2024-2025年的印度漂浮光伏容量將超過3GW。
就業(yè)，額外的利益?
這是漂浮光伏一個被忽視的方面，它對就業(yè)的影響值得更多關(guān)注。以屋頂太陽能為例，每兆瓦屋頂太陽能可以創(chuàng)造三倍于公用事業(yè)太陽能的就業(yè)機(jī)會，漂浮光伏也提供了政府喜歡的高質(zhì)量就業(yè)機(jī)會。一項(xiàng)由自然資源保護(hù)委員會(NRDC)、能源環(huán)境和水資源委員會(CEEW)以及綠色工作技能委員會(SCGJ)支持的研究表明，漂浮光伏可以比地面太陽能電站創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會。該研究的主要發(fā)現(xiàn)為：
-一個小型漂浮式光伏(FPV)電站(產(chǎn)能<1MW)直接雇用了58名工人，而一個中等規(guī)模(產(chǎn)能<10MW)的電站在開發(fā)過程中雇用了45人。
- FPV通過浮子、錨和系泊系統(tǒng)等專業(yè)部件制造商以及國內(nèi)組件制造商產(chǎn)生間接就業(yè)機(jī)會。
- 除了地面太陽能作業(yè)所需的機(jī)會外，F(xiàn)PV為具有液壓設(shè)計(jì)、海洋建筑和塑料吹塑技術(shù)資質(zhì)的人員提供了機(jī)會。
- 通過為FPV項(xiàng)目設(shè)定基于時間的目標(biāo)，印度政府可以擴(kuò)大這一行業(yè)的就業(yè)潛力，支持為推動COVID-19經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇做出的努力，實(shí)現(xiàn)巴黎協(xié)定下的氣候目標(biāo)。
好消息是，像太陽能一樣，無論是組件的單個設(shè)備供應(yīng)商還是像Sungrow這樣的逆變器供應(yīng)商，印度已經(jīng)吸引了具備漂浮光伏電站經(jīng)驗(yàn)的重要參與者。
陽光電源是除了逆變器之外的漂浮電站浮體結(jié)構(gòu)主要制造商，而華為則是目前全球部分最大的漂浮光伏發(fā)電廠的幕后支持者。印度吸引了法國頭部漂浮光伏專業(yè)公司Ciel Et terre設(shè)立子公司。在公司的印度總經(jīng)理Deepak Ushadevi的領(lǐng)導(dǎo)下，公司已在印度活躍了三年多并在為越來越大的項(xiàng)目做準(zhǔn)備。
從其在印度的第一個項(xiàng)目——在科欽國際機(jī)場有限公司安裝的452KWp漂浮光伏電站開始，公司最近在西孟加拉邦的Sagardighi熱電廠完工了5.4MWp漂浮光伏電站，在Thoothukudi為南方石化工業(yè)有限公司完工了14.7MWp項(xiàng)目，這是目前印度最大的漂浮光伏項(xiàng)目之一。Ushadevi補(bǔ)充表示，目前，公司正在南印度安裝一個75MWp的巨型項(xiàng)目。
"我們在班加羅爾的總部員工超過了45名，在Kerela制造廠的員工超過了100名。作為印度制造運(yùn)動的一部分，CIEL&TERRE印度公司的專利Hydrelio浮子產(chǎn)能可以達(dá)到每年160MWp。”
漂浮光伏的挑戰(zhàn)
無論是成本、技術(shù)還是融資，在漂浮光伏面臨的所有挑戰(zhàn)中，最大的挑戰(zhàn)可能是誰會支持它。地面太陽能電站得到了很多補(bǔ)貼、上網(wǎng)電價支持以及其他更多的支持措施。但是，除了依靠私營部門運(yùn)行外，漂浮光伏根本無法獲得同樣的“啟動”利益。好消息是，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在快速趕上，像成本差異這樣的關(guān)鍵問題已經(jīng)在朝著可管理的方向發(fā)展。
政府之手
就其性質(zhì)而言，由于大多數(shù)相關(guān)水體由政府或國有企業(yè)以及其他官方機(jī)構(gòu)控制，漂浮光伏的最大挑戰(zhàn)是官方系統(tǒng)的接受和采用。在一個癡迷于成本的系統(tǒng)中，漂浮光伏所取得的進(jìn)展是強(qiáng)有力的。從NTPC所做的努力到北方邦(計(jì)劃在Rihand大壩上建造200MW漂浮光伏電站)和中央邦(已批準(zhǔn)在Omkareshwar大壩上建造600MW漂浮光伏電站)等邦政府的推動，人們已經(jīng)充分肯定了漂浮光伏的潛力。
NHPC是全印最大的國有水電運(yùn)營商。像NHPC這樣的重要能源公司或其他較小的國有企業(yè)(如SJVN和一些私營行業(yè)運(yùn)營商)已對漂浮光伏產(chǎn)生了濃厚的興趣并在推動項(xiàng)目開發(fā)。目前，根據(jù)MNRE的超大型可再生能源發(fā)電計(jì)劃，NHPC分配到的是特倫甘納邦和奧里薩邦等邦的項(xiàng)目。公司已于2020年7月20日與奧里薩邦簽署了500MW諒解備忘錄。該項(xiàng)目將由NHPC和GEDCOL(印度綠色能源發(fā)展有限公司)的合資公司開發(fā)。2020年12月8日，MNRE已基本批準(zhǔn)擬議合資公司根據(jù)太陽能電站計(jì)劃建設(shè)100MW漂浮光伏的方案，正在考慮批準(zhǔn)與特倫甘納邦簽訂的500MW諒解備忘錄。
此外，NHPC正在喀拉拉邦開發(fā)50MW漂浮光伏發(fā)電項(xiàng)目，在奧里薩邦開發(fā)140MW太陽能電站。根據(jù)與邦節(jié)點(diǎn)機(jī)構(gòu)TSREDCO的合資模式，公司將通過特倫甘納邦計(jì)劃在Midmanair大壩的水庫上開發(fā)500MW漂浮光伏項(xiàng)目。
另一家國有企業(yè)煤炭印度有限公司(CIL)也制定了2024年開發(fā)3GW太陽能的計(jì)劃。今年5月，公司舉行了一次招標(biāo)，為其計(jì)劃開發(fā)的漂浮光伏電站招募供應(yīng)商。CIL或借鑒了中國的經(jīng)驗(yàn)，在中國，倒塌的煤礦變成湖泊，又被改造為漂浮光伏電站。從安徽省的一個40MW的項(xiàng)目開始，中國為建在廢棄煤礦上的漂浮光伏項(xiàng)目設(shè)定了逾1GW的目標(biāo)。
所有這些官方關(guān)注意味著漂浮光伏項(xiàng)目得到了資金充足的公司的支持，甚至愿意接受較低的回報(bào)。但是，由于官僚作風(fēng)和流程問題，出現(xiàn)延誤的風(fēng)險(xiǎn)很大。
質(zhì)量問題
就其性質(zhì)而言，漂浮光伏對設(shè)計(jì)和施工的關(guān)注度要求更高。正如Ushadevi所斷言的那樣，只關(guān)注成本可能存在風(fēng)險(xiǎn)。"主要的區(qū)別在于，在其他發(fā)達(dá)國家，做出選擇的基礎(chǔ)純粹是技術(shù)證書、可融資性和聲譽(yù)。而在印度，價格是主要依據(jù)。在選擇技術(shù)時，印度開發(fā)商和EPC公司應(yīng)該非常謹(jǐn)慎。為了降低風(fēng)險(xiǎn)，開發(fā)商應(yīng)該致力于尋找優(yōu)質(zhì)原材料、一流的紫外線穩(wěn)定劑、生產(chǎn)高品質(zhì)浮子的優(yōu)質(zhì)機(jī)器，關(guān)注質(zhì)保檢查，流程、設(shè)計(jì)測試和驗(yàn)證，獲得可靠的解決方案。”
漂浮光伏的系統(tǒng)成本增加了10-15%，增長主要來自漂浮系統(tǒng)所需的漂浮結(jié)構(gòu)、錨定和系泊系統(tǒng)。開發(fā)成本已經(jīng)在下降。漂浮系統(tǒng)帶來了與錨定和系泊有關(guān)的特定挑戰(zhàn)，可能的水位變化、水庫的床層類型、深度以及強(qiáng)風(fēng)和海浪等極端天氣情況都會增加工程和建設(shè)成本。
近水也意味著要比在陸地上更注意電纜管理和絕緣測試，特別是當(dāng)電纜與水接觸時。另一個因素是，漂浮光伏電站的移動部件會受到持續(xù)的摩擦壓力和機(jī)械壓力。設(shè)計(jì)和維護(hù)不當(dāng)?shù)南到y(tǒng)可能會出現(xiàn)災(zāi)難性的故障。漂浮裝置也會因潮濕而面臨失效和腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在更具侵蝕性的沿海環(huán)境中。應(yīng)采用適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)選擇能在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行25年的光伏組件。錨定的作用是分散風(fēng)和海浪產(chǎn)生的負(fù)荷，盡量減少太陽能島的移動，避免出現(xiàn)在風(fēng)暴中撞到岸邊或被吹走的風(fēng)險(xiǎn)。必須進(jìn)行廣泛的技術(shù)研究，評估合適的島嶼和錨定設(shè)計(jì)、整體技術(shù)可行性以及項(xiàng)目商業(yè)可行性。
長期預(yù)測
NREL估計(jì)，全球有379068個淡水水電水庫可以與現(xiàn)有水電站一起容納漂浮光伏電站。在一年中的部分時間，一些水庫可能是干涸的，或者可能在其他方面不適合建設(shè)漂浮光伏，所以在實(shí)施項(xiàng)目之前，需要更多的選址數(shù)據(jù)。漂浮光伏的最大好處是不占用寶貴的土地空間，這對印度具有越來越高的重要性。我們已經(jīng)看到，太陽能電站之間的土地沖突以及與牧地、印度大鴇的棲息地相關(guān)的問題對一些項(xiàng)目產(chǎn)生了影響。涉及到在水電項(xiàng)目水庫上建設(shè)漂浮光伏時，增加的發(fā)電量實(shí)際上可能有助于避免一些已規(guī)劃水電項(xiàng)目的問題。NTPC位于Uttarakhand的Chamoli區(qū)的Tapovan項(xiàng)目就是一個例子，該項(xiàng)目最近因山洪暴發(fā)而遭受了大面積破壞。這一項(xiàng)目比計(jì)劃晚了10多年，成本達(dá)到最初預(yù)計(jì)的5倍以上，這一規(guī)劃的河流項(xiàng)目發(fā)電量可以通過公司的許多在運(yùn)水庫漂浮光伏項(xiàng)目輕松實(shí)現(xiàn)。
Ciel Et Terre的Ushadevi斷言："由于土地稀缺，土地征用的法律問題和糾紛以及征用的無限延遲，漂浮光伏成為完美的解決方案?？紤]到水的稀缺性、水的蒸發(fā)問題、土地問題，還有大量水體可用的積極一面，我們非?？隙ǖ氖?，印度對漂浮光伏的需求終于到來。我們相信，漂浮解決方案將成為光伏行業(yè)的主要推動力量之一，我們的目標(biāo)是在未來2-3年，在印度開發(fā)1GW Hydrelio技術(shù)解決方案。”
為了說明觀點(diǎn)，他引用了西孟加拉邦的例子。“過去，我們研究了西孟加拉邦的很多項(xiàng)目，認(rèn)為西孟加拉邦具備了開發(fā)光伏項(xiàng)目的巨大潛力。包括水壩、灌溉或水處理池塘在內(nèi)，西孟加拉邦有許多類型的水體。這些都是漂浮項(xiàng)目的理想選擇?？畹那闆r也是如此，那里有大量的水體。”
雖然到目前為止，所有的項(xiàng)目都建在淡水或圈養(yǎng)池塘上，但并不是說在海洋里就完全沒有可能。Ciel Terre臺灣公司最近啟動了88MWp的 Changbin項(xiàng)目，這是最大的此類海水項(xiàng)目。這需要公司與Principia展開合作。Principia是一家頭部離岸公司，公司制定并實(shí)施具有成本效益的解決方案以及進(jìn)行風(fēng)力和波浪綜合設(shè)計(jì)。
值得注意的是，即使是最積極的參與方也很早就呼吁，不要在天然湖泊和其他水體上建造這些電站。這些公司表示，不要在沒有漂浮光伏長期經(jīng)驗(yàn)的情況下冒險(xiǎn)，這會對項(xiàng)目造成影響。同時，也要避免與漁民生計(jì)發(fā)生沖突。用漂浮物覆蓋天然池塘意味著可供藻類生長的陽光減少，這會減少藻類的繁殖。由于水體的很大一部分將被漂浮光伏電站覆蓋或遮擋，預(yù)計(jì)蒸發(fā)量會減少。光和熱預(yù)計(jì)都會減少，水庫的水生生物需要取得新的平衡。我們更喜歡利用人工水體，因?yàn)樗鼘λ锏挠绊戄^小。
結(jié)論
如果考慮到使用這種技術(shù)建造的大型電站的年份，那么可以發(fā)現(xiàn)，漂浮光伏在很短的時間內(nèi)已經(jīng)走了很長的路。這意味著在做出大型假設(shè)和預(yù)測之前，我們要保持謹(jǐn)慎，但看起來，這是一個可以填補(bǔ)太陽能發(fā)電重要空白的方案。同時會節(jié)省土地，甚至令水庫提供更多的收益。當(dāng)許多水電項(xiàng)目的購電價格超過3.5盧比/kWh，甚至超過6盧比的時候，有充分的理由反駁因成本而反對漂浮光伏的觀點(diǎn)。
集中精力學(xué)習(xí)漂浮光伏最初取得的成功經(jīng)驗(yàn)就會發(fā)現(xiàn)，與水電相比，漂浮光伏對環(huán)境的破壞性可能更小，坦率的說，水電近年來在印度的表現(xiàn)不盡如人意。屋頂太陽能雖然有高額補(bǔ)貼，但效果不佳。與主流太陽能一樣，政府也需要確保漂浮光伏不會走屋頂太陽能的老路。為了確保項(xiàng)目取得實(shí)際進(jìn)展，需要緊急解決缺乏水體深度評估、地形測深數(shù)據(jù)問題以及其他技術(shù)和環(huán)境問題。Rihand大型水壩項(xiàng)目的命運(yùn)就是一個例子，由于人們對那里的地形了解有限，缺乏信息，導(dǎo)致項(xiàng)目陷入困境。
漂浮光伏也為全印各邦，特別是印度東部各邦提供了真正的機(jī)會，這些地區(qū)得以安裝一些真正重要的太陽能項(xiàng)目。
