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TOP20在建项目达1.2GW,漂浮太阳能技术创新和应用走向多元化

自COVID-19疫情爆发以来,全球装机数据显示光伏发电所具有的生命力要远高于传统能源,作为地面电站和屋顶光伏之后“第三大支柱”,漂浮太阳能已经广泛分布在60多个国家中,并且项目规模和单体容量都在不断创新高。据欧洲专业机构Solarplaza的数据统计,2021年在建漂浮电站中的前二十个总容量达1.2GW,其中大部分位于亚洲。与此同时,漂浮太阳能的技术创新和应用形式开始更多地向多元化发展,海上漂浮电站开始成为引领行业发展的前沿技术。为了满足快速的市场发展,漂浮电站相关的标准也在加速出台和完善中。

2021年漂浮太阳能装机有望新增1.5GW

据新加坡太阳能研究所2020年市场报告显示,截止2020年9月,全球漂浮太阳能项目累计达2.087GW(DC)。对于很多土地有限但是水资源丰富的国家来说,漂浮太阳能(FPV)提供了巨大的机会。新加坡、韩国、台湾、印度、日本、荷兰和希腊等国是近年来非常活跃的FPV市场。中东地区也出现多个利用漂浮太阳能进行海水淡化和制氢的项目。据IHS Markit预测,2021年全球漂浮电站新增装机近1.5GW,亚洲将占据其中的59%。

根据Solarplaza的数据统计,2021年,全球在建漂浮电站中的前二十个总容量达到了1.2GW,其中亚洲有16个,容量和为1.1GW,其他的4个全部在欧洲,共计0.106GW。在建项目中最大的漂浮电站来自印度,单体容量高达300MW。欧洲市场中,荷兰的表现最为出色,法国和希腊则在迎头赶上。

在谈到漂浮系统解决方案供应商时,可以看到,TOP20的项目中,Sungrow Floating(阳光电源)和Ciel & Terre是两个占据主导地位的玩家。其中二者的占有率之和达到了42%。

数据来源:Solarplaza

除了海水淡化和光伏制氢以外,目前一个非常有前景的新兴细分市场是FPV与现有水电站的结合。利用水电站作为储能系统,从而使整个组合优化能源输出。这不仅适用于日间循环(主要在白天利用太阳能,在晚上利用水力),也可能用于缓冲光伏发电带来的波动和水电站旱、雨季的季节性补偿。这种混合电站系统在东盟地区有着巨大的潜力,印度尼西亚、泰国、越南、老挝和缅甸已经开始研究这类项目。

技术创新和形式走向多元化

欧洲、东南亚等市场关于FPV的技术创新非常丰富。以日本三井住友建筑公司在四国岛的一个2MW的项目为例,三井住友从2015年开始研发PuKaTTo漂浮系统,其9.7kg的浮体采用高密度聚乙烯制成,融合了紫外线吸收剂。浮体本身包含系泊链,通过2kg的横梁连接在一起,可以作为通道以便运维。浮体中间的空隙很大,有利于降温。这种设计可以适用于各个厂家的60片或者72片电池的组件。

荷兰的漂浮系统供应商则更多的在漂浮电站结构方面花样创新。荷兰SolarDuck公司创新研发的近海漂浮系统,是一种类似于海洋石油平台的三角形漂浮电站结构。这种结构可以将太阳能板保持在水面以上3米的高度,并且可以承受较高等级的波浪和动态载荷。除了近海地区,也可以用于河口、港口等近岸低点。

Solar Duck公司介绍,该公司今年四月启动的试点项目是采用65KW的漂浮电站连接一个10KW的氢能电解槽。预计第二个试点项目将于2022年初投入海上作业。

挪威的创业公司同样执着于近海地区的漂浮电站结构。挪威独立研究机构Sintef最新测试的漂浮结构如下图所示,该结构是由一个锚定系统打造而成,主要是可以适应各种等级的海浪。

除了漂浮电站自身的结构设计,还有很多相关领域的创新。比如说,挪威的Glint Solar就研究所合作开发出了一种算法,利用卫星导出的风数据和湖泊的形状来计算多个方向和位置的风浪,从而确定漂浮电站的最佳位置。此外,德国制造商TG hyLIFT还在今年三月开发了一种针对漂浮电站的清洗机器人。这种清洗设备也可以用于地面电站,不需要任何类型的洗涤剂,只使用水。目前这款机器人正在西班牙的一个漂浮电站上进行测试。

需要指出的是,虽然近海地区的漂浮太阳能系统是未来发展的最前沿领域,预计未来有望出现爆发式增长。但是,有几个挑战必须要解决。目前这一领域还处于非常初级的阶段。关于技术设计、组件选型、可行性和经济性数据及其有限。而且海洋条件带来了额外的挑战,大风、海浪、盐度和生物污染都将影响漂浮结构的稳定性。虽然海洋工业中有些解决方案可以克服技术挑战,但远远不及陆上光伏的度电成本有优势。

标准紧随市场发展

尽管目前全球通用的漂浮电站标准公开不多,但是新加坡太阳能研究所(SERIS)透露,该机构研究涉及的标准主要是IEC TC82 WG3&Enerprise SG.作为全球最大的漂浮太阳能市场,中国的标准制定工作组、企业和认证机构一直走在行业前沿。

早在2018年4月,中国水上光伏标准工作组就启动了对《水上光伏发电系统用浮体》、《水上光伏发电系统设计规范》和《漂浮式光伏发电系统验收规范》3项标准的起草和研讨。这三项标准已于2019年正式实施。

浮体为水上漂浮式光伏电站最关键的构件之一,其相关标准至关重要。由北京鉴衡认证中心、机械工业北京电工技术经济研究所牵头,淮南阳光浮体科技有限公司、上海高分子功能材料研究所等16家单位参与,历时两年多,起草制定了《水上光伏系统用浮体技术要求和测试方法》(NB/T 10187—2019),目前该标准已于2019年10月1日起正式实施。

今年六月,第一批中国光伏行业协会标准制修定计划发布,阳光水面光伏将牵头制定《漂浮式水上光伏发电锚固系统设计规范》。作为全球首个水面光伏锚固系统设计行业标准,对水面光伏电站的安全稳定运行及水面光伏行业的有序发展有着重要的意义。

关于漂浮电站对水质的影响研究正在进一步加深

随着越来越多漂浮电站上线,人们对漂浮太阳能电站对水质的影响逐步深入。其中以德国知名的漂浮电站开发商Baywa r.e.公司的研究最为知名。该公司发表了有关位于荷兰采石场上的27.4MW“ Bomhofsplas”漂浮式光伏电站对环境影响的初步调查结果,该电站目前是中国以外最大的漂浮式光伏项目。

来自Baywa r.e.的发言人表示:“环境研究的最初结果显示,漂浮电站对湖泊动植物尚未有任何重大的负面影响。而且,有一个积极的信息是,湖泊两岸的侵蚀减少了,很高兴看到我们的漂浮太阳能系统很好地融入了湖泊。”Baywa r.e.解释说,光伏组件下的水中的氧气含量在一年内变化很小,风和阳光仍然很容易到达组件下方的水面,并且所测得的偏差主要是由于天气条件的变化引起的。

目前,漂浮电站对鱼类种群的影响仍在调查中。为了加强水下生态系统并促进生物多样性,Baywa r.e.在装满贝壳的漂浮组件下重新安装了防护网箱。为了获得完整的测试结果,还需要进行长达数年的研究。

在此之前,英国的研究机构也发表了类似的报告。兰卡斯特大学和斯特林大学的研究人员还提出,太阳能电站可以反过来改善湖泊的水质。

为了更加深入了解漂浮太阳能对水质的影响,一个由德国联邦经济事务和能源部资助的联合研究项目——PV2Float已经开始启动。这个合作项目主要由德国弗劳恩霍夫实验室、德国莱茵集团和勃兰登堡大学一起实施,为期三年,将测试多个不同设计和结构的漂浮太阳能系统。

莱茵集团将对德国和全球漂浮太阳能光伏市场进行分析,而弗劳恩霍夫将负责调查漂浮太阳能的的监管框架、组件的性能及电力产出。最重要的是,通过这个项目,人们将加深对漂浮电站可能对水质产生影响的认识,进一步清晰对漂浮太阳能电站的认知。

2021年已经过半,印度、泰国、韩国、蒙古、希腊等市场,纷纷迎来了国内最大的漂浮太阳能电站的上线或者项目启动。在中国,上半年多晶硅涨价导致组件价格一路攀升,目前除了2020年已经招标的几个大型漂浮电站开始动工以外,其他项目进展缓慢。业内人士透露,国内储备了很多中小型的漂浮太阳能项目,但是由于现在成本较高,很多开发商都在等待组件和其他原材料的价格回落。预计下半年如果组件价格松动的话,会有更多的项目上线。长期来看,随着漂浮太阳能市场经验的积累,这一领域将释放出更大潜力。

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