漂浮式光伏電池板或許找到了用武之地。今年來，大旱導(dǎo)致非洲多座水電大壩電力供應(yīng)受到影響，同時烈日照射也導(dǎo)致水庫蓄水量不斷蒸發(fā)減少。于是，有研究人員提出為什么不利用光伏發(fā)電？漂浮式光伏電池板可以在現(xiàn)有水電渦輪機(jī)組的基礎(chǔ)上增加供電量，同時為水面提供遮蔽，減少水分蒸發(fā)。
目前研究人員對在水庫及其他水體(灘涂、被淹沒的露天煤礦等)上安裝漂浮式光伏電池板愈發(fā)感興趣，非洲的計劃就是一個引人注目的例子。
A 非洲擁有全球最豐富的太陽能資源
1月，位于意大利伊斯普拉的歐盟委員會聯(lián)合研究中心(The European Commission’s Joint Research Cen-tre)的研究人員發(fā)表了一項研究，探討在非洲這塊陽光最充足的大陸上建設(shè)水電太陽能混合發(fā)電站的巨大潛力。首席研究員羅西奧·岡薩雷斯·桑切斯(Rocio Gonzalez Sanchezreckons)認(rèn)為，只需非洲大陸水庫面積1%的光伏發(fā)電電池板就能將這些水庫的發(fā)電能力翻一番，達(dá)到58吉瓦，從而讓非洲大陸的總發(fā)電能力提高四分之一。
非洲大陸一些最大的水庫可能會因此受益，包括埃及尼羅河上的阿斯旺高壩(The High Aswan)——撒哈拉沙漠陽光導(dǎo)致該水庫每年因水分蒸發(fā)損失約四分之一的水量——非洲南部贊比西河(The Zambezi)上的卡里巴大壩(Kariba)和卡霍拉巴薩大壩(Cahora Bassa)以及加納的阿科松博大壩(Ako-sombo)。桑切斯稱，相比建設(shè)更多水壩，這種選擇更加便宜，而且沒有水庫蓄水淹沒土地帶來的環(huán)境和社會不利影響。
非洲電力短缺問題嚴(yán)重，不僅有很多家庭尚未通電，而且無法滿足經(jīng)濟(jì)快速增長對電力的需求。水電一直以來都是許多非洲國家的電力支柱，然而長期干旱卻讓水電難以為繼。但桑切斯說，非洲擁有全球最豐富的太陽能資源，是歐洲的兩倍。在研究了非洲大陸146座大型水庫的水面數(shù)據(jù)后，她認(rèn)為漂浮式光伏電池板是最大限度利用現(xiàn)有水資源發(fā)電的一個重要機(jī)會。
此外，利用太陽能板遮蔽水面可以減少蒸發(fā)。她估計，這種方式可以幫助非洲大陸每年節(jié)省近10億立方米的水，足以使水力渦輪機(jī)發(fā)電量每年增加170吉瓦時。
非洲很多水電大壩的水庫都曾淹沒了大片平坦的土地，因此修建水壩不僅會占用大量的土地，還極易受蒸發(fā)影響造成水資源損耗。但如果在大面積的水域表面架設(shè)漂浮式光伏電池板，就能將缺點轉(zhuǎn)化為優(yōu)點。
肯尼亞已經(jīng)計劃在塔納河(Tana)和特克韋爾河(Turkwel)上的三座水庫建設(shè)漂浮式光伏發(fā)電站。桑切斯認(rèn)為擁有大片水域、適合部署漂浮式太陽能的水庫還有尼日利亞的卡因吉(Kai-nji)大壩水庫、蘇丹的麥洛維水庫(Merowe)和羅塞雷斯水庫(Roseires)、科特迪瓦的布約水庫(Buyo)、喀麥隆的拉格都水庫(Lagdo)以及坦桑尼亞的姆泰拉水庫(Mtera)。
B 漂浮式光伏發(fā)電在全球日益普及
漂浮式光伏電池板的部署在全球范圍內(nèi)日益普及，一些專家預(yù)計其很快將成為繼屋頂分布式和地面式之后的“第三大”太陽能部署模式。德國清潔技術(shù)咨詢公司Apricum的弗蘭克·豪格維茨(Frank Haugwitz)稱，目前估計有超過35個國家建立了350套漂浮式太陽能系統(tǒng)，但多數(shù)規(guī)模不大。到去年年底，這些漂浮式太陽能系統(tǒng)的總裝機(jī)僅為2.6吉瓦。
日本10多年前率先對這一模式展開研究，但此后中國一直處于領(lǐng)先地位。目前全球已投入使用的最大的漂浮式太陽能項目就位于安徽省一處被淹沒的煤礦舊址，總裝機(jī)達(dá)150兆瓦。而亞洲其他地區(qū)對這一技術(shù)的興趣也在增長。
目前在建的最大的漂浮式太陽能發(fā)電項目位于韓國新萬金，所在地曾經(jīng)是一片灘涂地。項目計劃投入40億美元，總裝機(jī)2.1吉瓦，將在2025年前投入運營。印度喀拉拉邦(Kerala)的漂浮式太陽能光伏項目位于巴納素拉·薩加爾(Banasura Sagar)水庫。馬哈拉施特拉邦(Maharashtra)也提到要在印度最大的水電項目之一——科依納(Koyna)電站水庫部署600兆瓦的漂浮式光伏項目。
據(jù)報道，新加坡正在探索在海上安裝漂浮式太陽能板為數(shù)據(jù)中心供電的想法。技術(shù)人員考慮在海上風(fēng)電機(jī)組之間安裝漂浮式太陽能板，從而利用其電網(wǎng)連接優(yōu)勢。中國臺灣、泰國和越南等亞洲國家和地區(qū)也有此類計劃。
歐洲國家也興趣漸濃。德國可再生能源公司BayWa去年在荷蘭一個被淹沒的沙坑上完成了一個27兆瓦的項目。弗勞恩霍夫太陽能研究所(Fraunhofer Institute for Solar Ener-gy Systems)去年為該公司開展的一項研究建議利用被水淹沒的露天褐煤礦坑部署漂浮式光伏電池板。德國東部470平方公里鄉(xiāng)村地區(qū)遍布著500個這樣的礦坑。該研究所估計，這些礦坑的潛在部署規(guī)模理論上可達(dá)56吉瓦，即使是5%的覆蓋率，裝機(jī)容量也能達(dá)到2.74吉瓦，規(guī)模相當(dāng)于兩個大型化石燃料發(fā)電站。
C 水上光伏發(fā)電或為非洲解困
表面看來，在水上部署太陽能電池板的成本通常比在地面上高出約10%到20%。但漂浮式光伏電池板有其優(yōu)勢：不占土地，灰塵污染少，不需要平整的土地，也不需要砍伐樹木或拆除建筑物，而且水面比陸地更涼爽，因此能量產(chǎn)出率通常也更高。
在大壩水庫中部署漂浮式光伏電池板還有其他益處。并網(wǎng)輸電線路是現(xiàn)成的，而且兩種發(fā)電方式可以互為補(bǔ)充，白天利用太陽能發(fā)電，把水省下來在夜間發(fā)電。
但最大的附加受益是覆蓋在水面上的太陽能電池板能夠減少水分蒸發(fā)，從而提升水庫的水力發(fā)電潛力，在熱帶地區(qū)尤其如此。熱帶大部分地區(qū)的水庫每年因水分蒸發(fā)導(dǎo)致水面下降多達(dá)兩米，相當(dāng)于其蓄水量的三分之一。
非洲南部的卡里巴大壩水庫就因此損失了四分之一的進(jìn)水。加納的阿科松博大壩水庫的損失則超過一半。現(xiàn)在還沒有找到可行的辦法減少蓄水量的巨大損失，太陽能電池板可能就是答案。
關(guān)于漂浮式光伏電池板對野生動植物或者更廣泛的環(huán)境存在哪些潛在影響，目前還沒有進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境影響研究或其他的詳細(xì)分析。桑切斯認(rèn)為，水下光照減少或者水溫變化可能會給漁業(yè)帶來潛在的損害。這些變化還會減少藻類生長，這對受藻華問題困擾的淡水生態(tài)系統(tǒng)可能有益。在非洲，一些漂浮電池板可能會遭到鱷魚或河馬的攻擊。同樣，此類基礎(chǔ)設(shè)施可能會阻礙這些動物和其他動物獲取水資源。
世界銀行三年前的一份報告稱，隨著土地對太陽能發(fā)展的限制越來越大，漂浮式光伏電池板為“全球太陽能發(fā)電開拓了新的領(lǐng)域，在土地受限的國家尤其如此。”豪格維茨稱，世界銀行目前正在考慮為巴基斯坦、土耳其、烏克蘭、馬里和科特迪瓦的水電太陽能混合式發(fā)電站提供資金。
土地對太陽能部署的限制也在催生出一些其他的方案。加州大學(xué)圣巴巴拉分校的布蘭迪·麥庫恩(BrandiMcK-uin)稱，加州可以將6000多公里的灌溉渠網(wǎng)絡(luò)(全球最大的輸水系統(tǒng))變?yōu)椤疤柲芮保瑥亩〈鸀楣喔人锰峁﹦恿Φ牟裼桶l(fā)電機(jī)。
灌溉渠中快速流動的水流使太陽能電池板無法浮在水面上，因此需要將其安裝在水渠上方的金屬支架或懸索上，但其遮蔽陽光的作用仍能在很大程度上保留。麥庫恩三月發(fā)表在《自然·可持續(xù)性》雜志(Nature Sustainabili-ty)上的一項研究指出，和漂浮在水面上的電池板一樣，懸掛式太陽能電池板也能減少灌溉渠水分蒸發(fā)，并有可能減少雜草滋生。
顯而易見的是，無論是漂浮式還是懸掛式，太陽能電池板似乎將以一種前所未有的方式發(fā)揮作用。
特約撰稿人 弗雷德·皮爾斯
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