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12.2万块天合210组件!新加坡大型漂浮电站是如何建成的?

新加坡当前的电力结构以化石燃料为主。由于地面电站项目的土地供应有限,新加坡正在转向漂浮光伏以增加其可再生能源容量。新加坡的目标是至2030年开发2GW太阳能。

目前,这个城市岛国约95%的电力来自天然气。今年早些时候,随着首个大型漂浮光伏电站(FPV)的落成,新加坡取得了重大进展。

尽管面临着COVID-19的挑战,但60MWp的Tengeh漂浮光伏电站仍在不到一年的时间内建成。目前,这个电站能够为新加坡的五个当地水处理厂供电,同时也为国家电网做出了贡献。

项目涉及新加坡国家水务局(PUB)、本土能源公司胜科工业以及多家承包商之间的合作。电站于7月落成,当时,胜科工业首席执行官Wong Kim Yin将其描述为"我们投资组合中的一颗明珠、新加坡的一扇展示窗口。"

自那时起,这一项目的成功推动着PUB探索开发另外两个大型FPV电站。PUB旨在从水库的双重用途中获益:清洁能源发电可以抵消能耗,水库可以储水并在处理后供饮用。

胜科工业综合解决方案(新加坡和东南亚)主管Jen Tan表示,与地面项目相比,由于水库的环境更加凉爽,在水库上开发漂浮光伏系统的优势之一在于更高的效率。开放水域中的太阳能组件不会被附近的建筑物遮挡,进一步提升了获得最高发电量的能力。

"在新加坡和东南亚的其他大型城市,漂浮光伏是可再生能源发电的重要来源之一,有助于克服土地限制问题。"

项目:Tengeh漂浮光伏电站

地点:新加坡

容量:60MWp

启用日期:2021年7月

重要事实

-组件:超过12.2万块,主要是天合光能的210 Vertex双玻组件

-场地:45公顷

-布局:10个“浮岛”

-施工时间:11个月

创新施工技术

Tengeh水库位于新加坡西部,靠近马来西亚边境。新加坡最开始于2016年在这里建设了一个1MWp漂浮光伏测试平台,用于比较FPV解决方案、研究大型系统开发的经济性和技术可行性。该测试平台由十种漂浮结构和九家不同公司建造的光伏组件组成,由新加坡太阳能研究所(SERIS)负责管理。

SERIS副首席执行官Thomas Reindl向PV Tech Power表示,"当时,人们对漂浮光伏的影响和好处的了解并不多。”“多年来,我们对产能增益、运营期间的挑战都有了了解,PUB还对是否会对环境产生不利影响进行了评估。”

根据PUB的说法,从现场获得的结果是有利的, FPV系统展现的性能比新加坡典型的屋顶太阳能光伏系统要高出5-15%,在决定开发大型项目之前,SERIS又进行了环境和设计研究。

PUB在2019年发起了一次招标,邀请私营公司设计、建造,持有并运营这个大型项目,为期25年。新加坡胜科工业漂浮光伏公司于2020年年初中标。

Jen Tan表示,开发电站的主要挑战之一是确保材料至少可以使用25年。“由于FPV相对较新,没有25年的案例研究可参考。因此,PUB 2016年建成的测试平台提供了非常重要的意见,”“基于测试平台的研究,胜科工业获得了充分的数据,这些数据支持公司选择一个耐用、环保、适合当地气候的系统。”

2020年8月,项目施工启动。PUB和胜科工业表示,为了获得最高发电量,系统的每一个部件都是根据新加坡的气候设计和选择的。例如,为了提高在潮湿环境中的耐用性,项目使用了双玻组件。电站包含了逾12.2万块组件,主要使用的是天合光能的210mm Vertex双玻组件,额定功率为490Wp。

Tengeh项目进度表

- 2016年:在Tengeh水库启动漂浮光伏测试平台,研究在新加坡水库开发大型FVP系统的可行性

- 2019年6月:PUB发出招标书,邀请公司设计、建造、持有并运营这一项目,为期25年

- 2019年7月:DNV公司被任命为技术顾问,在投标阶段提供投标支持和方案评估服务

- 2020年2月:胜科工业太阳能新加坡公司被指定为项目建设方

- 2020年5月:PUB和胜科工业签署了25年期购电协议

- 2020年8月:施工开始

- 2021年7月:项目完工

项目的规模庞大,需要大量施工人员,而当时正值新加坡新冠疫情限制期。为了遵守政府举措,胜科工业制定了一套规则来保证工人的安全,将工地隔离成不同的区域以减少混杂情况的出现。

我们需要创新的工作方式来减轻疫情对人力资源和供应链的影响。胜科工业采用了一种新的定制化夹具设计,这可以确保在将太阳能组件安装到浮体的过程中,采用标准化的流程拧紧螺栓螺母。公司称,这一流程将组件组装速度提高了50%。

尽管面临种种挑战,但在多名利益相关方——工程师、承包商和顾问的通力合作下,这一项目仅在不到一年的时间内就完工了。Jen Tan表示,他们联手"开发了最先进的设计和施工技术"。质保公司DNV最初与PUB签订了合同,成为电站的技术顾问,而胜科工业则与阳光电源和山西省电力勘测设计院等合作伙伴展开合作。

此外,这一项目还与新加坡国立大学的技术分拆公司——量化能源实验室合作,在项目中使用了先进的无人机电致发光成像技术。这项技术可以捕捉到组件发出的类似X射线的信号,用于确定在制造或安装阶段可能出现的潜在组件缺陷。

项目的性能和可靠性得到了数字监控平台的支持,这种平台配有安全摄像头、视频监控,具有警报功能,有助于跟踪风速、太阳辐照和环境温度,还能检测到表明潜在过热和火灾的异常情况。

Jen Tan表示,"一些漂浮项目缺乏对FPV系统健康状况的智能监控,所以我们采用了智能技术以强化主动监控,"GPS跟踪器也有助于远程监控及检测组件阵列的位置错配,这些组件阵列从水库底部被固定住,可以防止在强风中移动,确保工人在检查时的安全。”

限制对环境的影响

最初,PUB对在水库开发太阳能的主要担忧在于对周围环境、生物多样性和水质的潜在影响。由于Tengeh水库供应饮用水,这一点尤其重要。

2015年至2018年,PUB在Tengeh水库进行了环境研究,内容包括FPV系统对野生动物、水质和微气候的潜在影响。结果显示,水库的水质没有明显变化,对周围的野生动物也没有产生重大影响。

"我们意识到,我们需要确保项目对水质和环境造成的影响最小,特别是在施工阶段。”

为了尽量减少对水库的影响,PUB与胜科工业合作,制定了一个环境管理和缓解计划。这一计划包括在项目施工之前、施工期间及之后对生物多样性、水质、沉积物和噪音污染的监测和管理。

PUB政策与规划总监兼首席可持续发展官Chong Mien Ling表示:"水库可以储存雨水,水库中的水经过处理后成为饮用水。水库中通常都有野生动物,我们需要确保项目对水质和环境产生最小影响,尤其是在施工阶段。”

“在与自然团体协商后,我们决定避开水库南部,这样就不会侵占濒危物种灰头鱼鹰的筑巢区。水库三分之二的表面积不会受影响,野生动物可以继续觅食和狩猎。”

另一个考虑因素是太阳能光伏阵列的锚泊系统设计。Chong Mien Ling表示:"与地面或屋顶光伏电站不同,对于一个漂浮光伏电站来说,设计一个可以运行25年的稳定漂浮光伏阵列至关重要。我们选择了由高密度聚乙烯(HDPE)制成的浮体,这是一种经过认证的食品级材料,可以回收利用,抵挡紫外线,防止强烈阳光照射造成衰减。”

组件之间的缝隙涂有防反射材料,这可以尽可能减少眩光,也允许充足的阳光和气流进入水体,支持下方的生态系统。同时,水库还安装了充气机以维持水库的氧气水平。

新加坡的未来蓝图?

在Tengeh项目开始运作时,PUB和胜科工业公司表示,Tengeh项目的启动标志着在水处理领域,新加坡向长久能源的可持续发展迈出了重要一步。这一项目使新加坡成为世界上少数几个拥有100%绿色水务系统的国家之一。

电站发电足以满足PUB每年约7%的能源需求。从Tengeh电厂获得的宝贵经验可以为新加坡在2025年开发1.5GWp太阳能的目标提供支持。

SERIS去年发表的研究报告显示,新加坡可用于开发漂浮光伏项目的可用面积超过了4.5平方公里,占全国可用于光伏项目的总面积的12%。其中,屋顶部分的潜力最大。报告发现,由于环境限制、娱乐和军事训练等竞争性用途,新加坡的水体中只有一小部分可用于漂浮光伏发电。

4.5平方公里的面积包括了近岸地区,SERIS的Reindl表示,这是新加坡漂浮光伏的一个巨大机遇。""近岸地区也适合多种用途的空间,特别是漂浮光伏与养鱼、海水淡化或绿氢的结合。”

PUB在10月宣布,在新加坡各地现有屋顶太阳能项目的基础上,建在水库之上的两个各为1.5MWp的FPV新项目已经开始运行。

Chong Mien Ling表示,在为未来漂浮系统确定合适的地点时,PUB将考虑可用的水库表面积、现有用途(用水和娱乐活动)和潜在环境问题。PUB还计划在水库上开发两个预估容量为100MWp和44MWp的FPV电站。目前,咨询研究正在进行当中。

"随着太阳能电力的充裕和未来水需求的增长,我们希望利用更多的这种可再生资源来降低PUB的碳足迹,为国家缓解气候变化付出的努力做出重大贡献。"

胜科工业在今年早些时候宣布,计划至2025年将可再生能源容量提升近四倍,达到10GW。在Tengeh电站经验的基础上,公司目前致力于在东南亚开发更多的FPV项目。

"全球有潜力达到FPV太瓦水平的最高值,""通过大量的学习,胜科工业的Tengeh漂浮光伏电站为未来大型漂浮光伏系统的设计、施工、运营和维护提供了蓝图。"

新加坡通过政府的整体努力加速太阳能开发

2020年,新加坡实现了350MWp的太阳能装机容量目标。新加坡计划利用水体和屋顶助力实现2025年1.5GW光伏项目开发的新目标。

咨询公司Fitch Solutions在今年早些时候发表的研究报告中表示,由于土地受限,大型地面电站太阳能项目的范围有限,这意味着太阳能的增长将以漂浮光伏或屋顶系统的形式进行。

政府也在推动可再生能源发电量的增长。Fitch表示,新加坡能源市场管理局调低了10MW-400MW发电机许可费中的固定部分,降低了太阳能的开发成本,同时简化了太阳能项目的申请流程。

新加坡旨在改变其生产和消费能源的方式,太阳能是新加坡关注的四个"开关"之一。其他三个“开关”是区域电网、天然气和低碳替代品,例如氢气。

新加坡太阳能研究所副首席执行官Thomas Reindl表示:"在没有其他形式的可再生能源,例如风能、水能或生物质能的情况下,太阳能光伏是新加坡唯一可行的可再生能源方案,"“整个政府都在倡导推动开发更多的光伏项目。”

今年早些时候,新加坡住房和发展局根据SolarNova计划启动了第六次招标,支持在公寓楼和57个政府场所开发70MWp太阳能系统。

政府机构JTC Corporation提出的、另一项名为SolarLand的计划关注在空地上开发光伏系统。作为计划的一部分,今年早些时候,能源公司壳牌签署了在垃圾填埋场开发一个至少为72MWp的太阳能项目的协议。

最后, PUB支持在新加坡的水库中开发FPV。"太阳能是新加坡最可行的一种可再生能源形式,"PUB的政策与规划主任、首席可持续发展官Chong Mien Ling表示,"新加坡的土地稀缺,水库的水体面积广大,具有利用太阳能发电的良好潜力。"

Reindl表示,(通过公开招标的)这三个方案都富有竞争力,"在市场上引发了强烈共鸣。"

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