水面漂浮式光伏发电站组件研究【徐皇冈】20151228

1、水面漂浮式光伏发电站组件研究武汉联动设计股份?工程设计证书?乙级 证书编号：A242000454二零一五年十二月批准：审核：校核：编写：徐皇冈目 录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc439079117 摘 要 PAGEREF _Toc439079117 h 1 HYPERLINK l _Toc439079118 1.前言 PAGEREF _Toc439079118 h 1 HYPERLINK l _Toc439079119 1.1水面漂浮式光伏电站简介 PAGEREF _Toc439079119 h 1 HYPERLINK l _Toc439079120 1.2

2、漂浮式光伏电站的优点 PAGEREF _Toc439079120 h 2 HYPERLINK l _Toc439079121 1.3我国开展水面光伏工程开展的前景和意义 PAGEREF _Toc439079121 h 2 HYPERLINK l _Toc439079122 1.4水面光伏开展需要解决的关键问题 PAGEREF _Toc439079122 h 3 HYPERLINK l _Toc439079123 2.国内外水面漂浮式光伏发电开展现状 PAGEREF _Toc439079123 h 4 HYPERLINK l _Toc439079124 2.1 国外开展现状 PAGEREF _T

3、oc439079124 h 4 HYPERLINK l _Toc439079125 2.2 国内开展现状 PAGEREF _Toc439079125 h 7 HYPERLINK l _Toc439079126 3.国内外水面漂浮式光伏发电组件型式简介 PAGEREF _Toc439079126 h 8 HYPERLINK l _Toc439079127 3.1 组件型式一法国 PAGEREF _Toc439079127 h 8 HYPERLINK l _Toc439079128 3.2 组件型式二法国 PAGEREF _Toc439079128 h 10 HYPERLINK l _Toc439

4、079129 3.3 组件型式三日本 PAGEREF _Toc439079129 h 11 HYPERLINK l _Toc439079130 3.4 组件型式四日本 PAGEREF _Toc439079130 h 12 HYPERLINK l _Toc439079131 3.5 组件型式五国内 PAGEREF _Toc439079131 h 14 HYPERLINK l _Toc439079132 4.水面漂浮式光伏工程本钱分析 PAGEREF _Toc439079132 h 15 HYPERLINK l _Toc439079133 5.结语 PAGEREF _Toc439079133 h

5、15 摘 要太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源。随着环境污染、能源短缺问题的日益严重，光伏发电引起了世界各国的重视。我国陆上光伏发电经过十几年的开展，已初具规模。由于陆上光伏开展需要占用大片土地，而水面光伏具有节约用地，发电效率较高、生态环境影响小等优点，近年来水面漂浮式光伏发电在国外的应用研究逐渐增加，而我国水面漂浮式光伏发电技术的应用尚处于初探起步阶段。我国地少人多，有大量的海岸线、水库、湖泊等水面资源可供光伏工程开发利用，因此，水面漂浮式光伏发电具有广阔的前景。影响水面漂浮式光伏发电技术大面积应用推广的技术问题主要有以下三点：1作为水面光伏电站的重要支撑平台，浮体架台是关系到整个光伏电

6、站能否正常运行发电的重要环节。浮体架台必须相应具有良好的抗腐蚀性能、低密度、抗冻胀、抗风浪等特性。目前浮体架台的研究技术尚不成熟。2适宜的选址是保证试验成功的关键。由于浮体平台技术尚不成熟，因此工程开发对水域的要求相对较高，如水面平静、风速低、光照好等要求。3水面光伏电站既可实现产能并网，又可作为分布式储能光伏电站，为水面的养殖、风景旅游、生态等提供电力支持。作为分布式离网储能电站，储能设备的选择是关键，选择较低本钱较高性能的蓄电池将显得尤为重要。本专题主要从以下几个方面介绍了水面漂浮式光伏发电的相关知识：1水面漂浮式光伏发电的优点、开展前景及需解决的关键问题。2水面漂浮式光伏发电的国内外开展

7、现状。3水面漂浮式光伏发电的组件型式简介4水面漂浮式光伏发电工程的本钱分析1.前言1.1水面漂浮式光伏电站简介2021年中国大陆光伏发电累计装机容量2805万千瓦，累计发电量250亿千瓦时。其中，光伏电站2338万千瓦，分布式467万千瓦，新增装机容量1060万千瓦，约占全球新增装机的五分之一。根据国家能源局规划，2021年度全国光伏年度方案新增并网规模15GW，其中集中式电站8GW，分布式7GW。谈到光伏电站，人们脑海中浮现的还是茫茫戈壁滩上一排排整齐的光伏板，这是因为我国西部青海、新疆、甘肃等省份拥有大量未利用土地且光照充足，过去的几年电站主要建设在这些地区。但这些地区并非负荷中心，随着近

8、几年光伏的大开展，已经产生了严重的弃光现象。而在华北、华中这些用电负荷中心，受土地性质的限制，光伏电站已经往山地开展，并且有坡度越来越大的趋势，即便这样可用于建设光伏电站的土地也越来越紧张。在此背景下水上漂浮式光伏电站成为近两年比拟热门的话题，水上光伏电站是利用水上基台将光伏组件漂浮在水面进行发电。特点在于不占用土地资源，水体对光伏组件有冷却效应，可以抑制组件外表温度上升，从而获得更高的发电量。此外，将太阳能电池板覆盖在水面上，还可以减少水面蒸发量，抑制藻类繁殖，保护水资源。早在2021年美国?科学日报?就有了关于漂浮式光伏电站的报道。自2021年福岛核灾难后，日本开始投资可再生能源。目前，日

9、本已成为世界上领先的太阳能发电国家之一。但是摆在日本面前还有一大难题缺乏地盘安放大量的太阳能电池板。为解决这个问题，现在日本正尝试建立海上太阳能发电厂。日本兵库县加藤市本月就在两个水库启用这种系统。该系统大约包括9000组聚乙烯太阳能电池板，这些电池板的底座是完全防水的。该太阳能系统的电子制造商日表示，位于兵库县加藤市的这两家发电站预计年均发电3300兆瓦时，可以为920个住户提供足够的电能，但该系统但其安装及维护费用更昂贵。浮动岛屿可以可以帮助日本实现可再生能源的目标。日本现有的水库为日本开展海上太阳能发电站提供了巨大的潜能。印度、美国、英国、巴西及澳大利亚也在投资类似的海上太阳能发电站工程

10、。这项技术在国外的开展要较国内早，已经有了一些成功案例，国内目前处于刚起步阶段。1.2漂浮式光伏电站的优点水面漂浮式光伏电站的优点主要有以下三点：第一：水面漂浮式光伏电站可防止建设期征地及运营期除草等本钱因素。第二：水具有冷却太阳能电池板的效果。电池板的温度假设降低1，输出功率可增加0.5。结晶硅型太阳能电池板具有高温时发电损失会增大，转换效率会降低的特性。假设设置在水面上，由于水的冷却效果，在夏季高温时与地面和屋顶上设置的太阳能电池板相比，可以降低发电损失。与陆地上的光伏电站相比，水上光伏电站的发电量可高出约10%。第三：水面上覆盖太阳能电池板，对水生态环境的破坏较小。漂浮于水面上的光伏电站

11、可阻挡阳光，防止水藻大规模爆发，可为淡水生物提供一个更佳的孵化环境。1.3我国开展水面光伏工程开展的前景和意义1中国人多地少，开展水面光伏电站可节约使用土地。光伏电站的缺点之一是能量分散，占地面积大。光伏电站为永久性占地，大型地面光伏电站需占用较大的土地面积，理论上每10千瓦光伏发电系统占地100平方米,相当于单位千瓦占地10平方米。为减少阴影效应，减少发电量的损失，电池板之间需要存在一定的间隔距离，从而进一步加大了占地面积。整个光伏电站平均千瓦占地2030平方米。2中国北方蒸发量大于降雨量，开展水面光伏电站可以减少水面蒸发量。近40年我国干旱半干旱区降水量与蒸发量均在减小,但降水量的减小速度

12、大于蒸发量，水分的收支不平衡造成气候的枯燥化程度日甚。水面光伏电站由于遮盖大量的水体外表，可以减少水分蒸发。3中国有3.2万公里长海岸线，有极大开展水面光伏电站的地形优势。中国拥有近300万平方公里的海域，海岸线分为大陆岸线与海岛岸线，其中大陆岸线为18000公里。其北部起始点为鸭绿江口，南方终点为北仑河口。沿线开展水面光伏电站，不仅操作难度系数较低，还可全面为沿线经济兴旺地带提供电力支持。4中国有8.6万座水库截至2021年底，全国水库水面总面积25619千公顷，即3842.9万亩截至1996年10月31日，具备大规模开展水面光伏电站的先决条件。水库外表主要用于蓄水、发电、灌溉、养殖、风景旅

13、游和生态保护。现有水库水面90%以上可供养殖，实际养殖面积仅占可利用总面积的78%，而且单位面积产量普遍较低，但水面光伏电站并不会影响养殖业的开展。5中国湖泊众多，总面积9.1万km2，面积1千平方米以上的有2700多个，开展水面光伏电站条件充裕。6水面光伏电站对环境十分友好，浮体架台等设备可100%回收，且太阳能发电效率高。综上所述，我国水面光伏电站的开展前景广阔，意义重大。1.4水面光伏开展需要解决的关键问题1作为水面光伏电站的重要支撑平台，浮体架台是关系到整个光伏电站能否正常运行发电的重要环节。目前光伏电站的全生命周期为25年，浮体架台必须相应具有良好的抗腐蚀性能、低密度、抗冻胀、抗风浪

14、等特性。日本兵库县大型水上光伏电站选用了高密度的聚乙烯作为浮体架台，聚乙烯无臭，无毒，具有优良的耐低温性能，能耐大多数酸碱侵蚀。常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良，耐冲击性好。但硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用，易燃烧且离火后继续燃烧，易发生光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解。因此应尝试比聚乙烯更耐光氧化、热氧化、抗紫外线的型材，或是通过在型材外镀层等方式增强上述防御性能，使浮体架台更耐用、使用寿命更长。中国是世界上竹资源最丰富、竹林面积最大、竹产量最大的国家，素有“竹子王国之称。全国约有竹林330万公项，占世界的30以上，竹材产量约占世界总产量的13，这是建造水

15、面浮动式光伏电站的日本所不具备的。在追求绿色低碳的今天，竹子不仅低本钱粗加工后的竹子1000元/吨，价格约为聚乙烯的1/6、低能耗，其做成的竹筏更具有吃水浅、浮力大等特点。但未经处理的竹筏平均使用寿命仅有2、3年，如对竹产品进行处理，使其在水中具有更良好的耐腐蚀性，将使水面光伏电站造价大幅降低。2适宜的选址是保证试验成功的关键。可考虑在大陆内气候静风区的湖泊和水库进行试验。如金沙江，具有径流丰沛且较稳定、风速低、光照条件较好、开发条件较好等特点。3水面光伏电站既可实现产能并网，又可作为分布式储能光伏电站，为水面的养殖、风景旅游、生态等提供电力支持。作为分布式离网储能电站，储能设备的选择是关键，

16、选择较低本钱较高性能的蓄电池将显得尤为重要。2.国内外水面漂浮式光伏发电开展现状2.1 国外开展现状一日本日本是目前世界上水上漂浮式光伏电站实际应用最多的国家，根据截至2021年年底的统计，已有3.824MW并网，2021年预计约15MW并网，另还有约15MW将于2021年年初并网。1.“桶川水上太阳能工程2021年6月在日本崎玉县，日本西部控股集团投资的1.18MW“桶川水上太阳能工程在桶川市的一个3万平方米的非饮用水水库建成并投入运行。该工程在占水库面积43%1.3万平方米的水面上用锚固定了木筏状的基台，基台上铺设了4536块260W太阳能电池板，光伏板倾斜角度12，采用集中式逆变器。2.

17、兵库县大型水上光伏电站日本兵库县大型水上光伏电站由日本京瓷株式会社和东京盛世利租赁株式会社共同投资建造、投入运行。工程位于兵库县加东市西平池的约1.7MW“兵库高冈西水上兆瓦级光伏电站，和位于东平池的约1.2MW“兵库高冈东水上兆瓦级光伏电站。两处电站安装数量总计达11256块，预计年发电量约达330万kWh。3.大阪漂浮式光伏电站在大阪府岸和田市的蓄水池“傍示池水面上建设的约1MW光伏电站是大阪府首座水上光伏电站。工程投资额约为5亿日元，预计投入运转后的年发电量约为118万kWh，年售电额约为3776万日元。蓄水池的面积约为2万平方米，在其中约1万平方米的水面上浮着4016个260W的太阳能

18、电池板。二印度印度国家水力发电公司方案在印度喀拉拉邦南部建设世界最大的水上漂浮式光伏电站，装机容量50MW。用来试水的加尔各答水上漂浮式太阳能光伏已竣工完成。该工程共包括10个1千瓦的玻纤光伏组件，每年可发电至少1400度电，平均每天发电4度。三韩国Topsun公司将在韩国开发一座100MW的浮动式光伏发电系统，100kW的试验性工程已定于2021年开工，2021年至2021年该工程规模将扩增至100MW。四新加坡安装在新加坡碧安公园的花园池塘水面上的漂浮式光伏发电系统于2021年成功并网发电，装机容量5kW。该系统由凤凰太阳能领衔的私人合作基金投资，方案用一年的时间测试漂浮式光发电系统的淡水

19、水域适宜性，同时还将严密监测该系统对水质量、植物和动物的影响，量化评价预期的效益，如水冷却对光伏发电电池效率的改善，水面覆盖而减少的淡水蒸发量，遮挡阳光直射水体而阻止水藻的繁殖等。五英国早在2021年，英国设计师菲尔-波利(PhilPauley)就提出漂浮式太阳能电池，不同于现在的漂浮式光伏电站，它是一种漂浮在海面上的网状太阳能电池，太阳能电池可连接在一起，形成一个庞大的网络状结构，伴随着浮力船在水面上忽沉忽浮，还可以收集产生的波能。六挪威2021年挪威船级社DNV的研究人员推出了所谓的动态漂浮式海上太阳能发电场概念。4200个560W的薄膜太阳能电池板组成一个2MW的六边形太阳能阵列，将多个

20、阵列连接在一起，那么可组成一个50MW或以上的光伏电站。光伏阵列分成了假设干发电区域，各发电区域将所生产的电力输送至收集电力的两个主开关，然后在一个中央变压器处提升电压。这个海上太阳能发电场的中心岛连接有30kV的电力传输线，此传输线将一系列的其他太阳能岛连接起来，以形成一个闭循环，然后继续将电力传输至岸上的变电站，以与干线电网相连接。七美国美国SPG公司早在2007年就在加州修建了一个400kW的浮动式太阳能阵列工程，经过4年的完善，该公司又推出了商业化的浮动式太阳能阵列，安装在索诺玛县的一座灌溉池塘里，系统通过池塘底部铺设的电缆与输电网连接。该工程将在2021年并网运行，工程的装机容量为1

21、2.5MW。八巴西巴西的水上漂浮式光伏电站试点工程方案在亚马逊的巴尔比纳水电厂进行，350MW的容量使其成为世界上最大的漂浮太阳能发电场。九澳洲澳大利亚第一个漂浮式光伏电站位于南澳大利亚Jamestown的一个污水处理厂，装机容量4MW，横跨三个水处理池，所生产的电力供给污水设施本身和该地区企业。2.2 国内开展现状相较日本、英国、韩国等国家已经陆续有漂浮式光伏电站落户，我国起步较晚，我国首座水面漂浮式光伏发电站试验工程将在湖北省枣阳市熊河水库兴建，方案2021年底建成投产。工程由湖北省地方水电公司、长江委设计院新能源公司和襄阳市熊河水库管理处共同投资，概算总投资1038万元，总装机1200k

22、W。为确保工程赢利，方案陆地装机1000kW，水库水面装机200kW，占水面约2000平方米。这个工程标志着我国的水上漂浮光伏电站已经起步，同时，这种新型的光伏电站也已经引起国家能源局的重视，局长努尔白克力在安徽省观摩漂浮式光伏发电系统时强调，光伏发电也要因地制宜，南方多水域地区推广水上光伏电站大有可为，国家能源局在制定长江经济带能源规划时会予以专门考虑。2021年6月亚洲最大国内首座大型水面光伏系统在河北省临西县落成，该系统采用了江苏朗禾农光聚合科技的整个水面光伏系统，装机容量为8MWp。本工程所采用的是支架是水面漂浮型的，通过岸边的锁链进行固定，所以不受水位上下的影响。在蓄水期和排洪期不会

23、对水库造成阻碍也不会影响其自身的发电。在工程上不管是安装太阳能电池板的角度，还是每排浮岛电池板的间距，都充分考虑了渔业养殖的要求，做到不影响水库内虾、鱼类的生长。江苏朗禾农光聚合科技的技术采用了可移动式拼接构件，可以随时灵活的移动区域，为渔业养殖带来更多的模式。该水库的养殖模式采取光伏新能源与渔业养殖相结合进行综合开发，形成“上可发电、下可养鱼的发电模式，实现了渔业增产和节能减排两不误。该模式开辟了一条内陆地区如何利用空间资源开展新能源的新道路。3.国内外水面漂浮式光伏发电组件型式简介3.1 组件型式一法国法国一家公司的产品，专门模具生产的浮筒，标号1的浮筒放置电池板，标号2的浮筒用作维护施工

24、。特点，一块电池板一个浮筒，连接处可视为柔性连接。塑料插销3.2 组件型式二法国该型式采用法国公司Ciel et Terre的漂浮太阳能平台技术Hydrelio，在1.3万平方米的水面上用锚固定了木筏状的基台，基台上铺设约4500块太阳能电池板。3.3 组件型式三日本工程利用浮体架台类似木排的树脂构件支撑太阳能电池板，每个浮体架台上设置一定数量的太阳能电池板，首先在地面上将太阳能电池板安装到浮体架台上，再用吊车运到储水池的水面上设置。3.4 组件型式四日本太阳能电池板和接线盒利用树脂制浮台设置在水池上。浮台是类似于竹筏的树脂制部件，起着地上设置时使用的根底和架台的作用。浮台载着太阳能电池板和接