過去幾年，全球湖泊和大壩建設(shè)漂浮光伏項目取得了一定程度的成功，在此基礎(chǔ)上，海上項目對開發(fā)商來說成為一個新興的機會，當(dāng)與風(fēng)電站共址時，這種機遇就可能會出現(xiàn)。
George Heynes探討了這一行業(yè)是如何從試點項目轉(zhuǎn)向商業(yè)可行的大規(guī)模項目，詳細(xì)介紹了未來的機遇與挑戰(zhàn)。在全球范圍內(nèi)，太陽能行業(yè)繼續(xù)受到歡迎，這種可變的可再生能源能夠被部署在一系列不同的地區(qū)。
太陽能利用的最新、也可能是最重要的方法之一現(xiàn)在已經(jīng)走到了行業(yè)的最前沿。近海和近岸水域的漂浮光伏項目，也被稱為漂浮光伏，或會成為一項革命性的技術(shù)，在目前由于地理限制而難以開發(fā)的地區(qū)，成功為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)綠色能源。
漂浮光伏組件的工作方式與陸地系統(tǒng)基本相同，逆變器和陣列被固定在一個漂浮平臺上，匯流箱在發(fā)電后收集直流電，然后由太陽能逆變器轉(zhuǎn)換為交流電。
漂浮光伏可以部署在海洋、湖泊和河流中，在這些區(qū)域建立電網(wǎng)可能很困難。加勒比海、印度尼西亞和馬爾代夫等地區(qū)可以從這項技術(shù)中受益匪淺。試點項目已在歐洲部署，在那里，作為脫碳武器庫的一種補充可再生武器，這一技術(shù)在繼續(xù)獲得進(jìn)一步的推動力。
奧地利電力公司EVN和BayWa.r.e去年公布了它們當(dāng)時所謂的歐洲“最大”漂浮光伏裝置，該裝置將在奧地利的Grafenw?rth開發(fā)。
與此同時，挪威和比利時都通過試點項目看到了這一技術(shù)的大量涌入，數(shù)個歐洲測試平臺因而都能夠?qū)@一技術(shù)進(jìn)行實驗、測試其可行性。其他試點項目也正在全球范圍內(nèi)展開，這一技術(shù)越來越有可能擴(kuò)展成為成熟的項目。但是，與這一技術(shù)相關(guān)的機遇是什么?
由于共享輸出電纜和變電站，與海上風(fēng)電共址可以降低資本支出成本
海上漂浮光伏如何在全球掀起風(fēng)暴
海上漂浮光伏的眾多好處之一是，這一技術(shù)可以與現(xiàn)有技術(shù)共存，提高可再生能源電站的能源產(chǎn)量。
水電站可以與海上漂浮光伏相結(jié)合，提高項目的產(chǎn)能。世界銀行《太陽與水相遇的地方：漂浮光伏市場報告》指出，太陽能容量可用于提高項目發(fā)電量，還可以通過允許水電站以 "調(diào)峰"模式、而非 "基荷"模式運行，幫助管理低水位時期。
報告還詳細(xì)介紹了使用海上漂浮光伏的其他積極影響，包括水體冷卻效果提升能源產(chǎn)量的潛力，減少乃至消除周圍環(huán)境對組件的遮擋，無需準(zhǔn)備大型場地，易于安裝和部署等。
水電并不是唯一一種可以通過海上漂浮光伏的到來而得到支持的現(xiàn)有可再生發(fā)電技術(shù)。海上風(fēng)電可以與海上漂浮光伏結(jié)合起來，使這些大型結(jié)構(gòu)的收益實現(xiàn)最大化。
這種潛力使人們對北海的許多風(fēng)電站產(chǎn)生了極濃厚的興趣，這些都為海上漂浮光伏電站的發(fā)展提供了完美的先決條件。
Oceans of Energy公司首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Allard van Hoeken表示，"我們相信，如果你把海上漂浮光伏和海上風(fēng)電結(jié)合起來，項目開發(fā)的速度就會快得多，因為基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)存在。這有助于技術(shù)的發(fā)展。"
Hoeken還提到，如果將太陽能與現(xiàn)有海上風(fēng)電站結(jié)合起來，僅在北海就可以產(chǎn)生大量的能源。
"如果你把海上光伏和海上風(fēng)能結(jié)合起來，那么只需北海海域的5%就可以輕松提供荷蘭每年所需能源的50%?！?/p>
這種潛力展示了這項技術(shù)對整個太陽能產(chǎn)業(yè)和向低碳能源系統(tǒng)過渡的國家的重要性。
使用海上漂浮光伏的最大好處之一是可用空間。海洋提供了可使用這一技術(shù)的廣闊區(qū)域，而在陸地上，有許多應(yīng)用都在爭奪空間。漂浮光伏也可以減輕對在農(nóng)業(yè)用地上建設(shè)太陽能電站的擔(dān)憂。在英國，對這一領(lǐng)域的擔(dān)憂越來越多。
RWE海上風(fēng)電公司漂浮風(fēng)電開發(fā)主管Chris Willow也持相同觀點，他認(rèn)為，這一技術(shù)的潛力巨大。
"海上光伏有可能成為陸上和湖上技術(shù)一個令人興奮的進(jìn)展，并為GW規(guī)模太陽能發(fā)電打開一扇新的大門。通過規(guī)避土地稀缺問題，這一技術(shù)打開了新的市場。"
正如Willock所說，通過提供一種在海上生產(chǎn)能源的方式，海上光伏消除了與土地稀缺有關(guān)的問題。正如致力于離岸開發(fā)的挪威工程公司Moss Maritime高級海軍建筑師Ingrid Lome所提到的那樣，這一技術(shù)可以在新加坡這樣的小型城市國家得到應(yīng)用。
"對于任何一個陸地能源生產(chǎn)空間有限的國家，海上漂浮光伏的潛力都非常巨大。新加坡就是一個典型例子。一個重要的好處是能夠在水產(chǎn)養(yǎng)殖、石油和天然氣生產(chǎn)基地或其他需要能源的設(shè)施旁發(fā)電。”
這一點至關(guān)重要。這一技術(shù)可以為沒有并入更廣泛電網(wǎng)的地區(qū)或設(shè)施創(chuàng)建微電網(wǎng)，凸顯了這一技術(shù)在擁有大量島嶼的國家的潛力，這些國家很難建立國家電網(wǎng)。
尤其值得一提的是，東南亞可以通過這項技術(shù)獲得巨大的推動力，特別是印度尼西亞。東南亞有大量的島嶼和不太適合開發(fā)太陽能的土地。這一地區(qū)擁有的是大量的水域網(wǎng)絡(luò)和海洋。
這項技術(shù)可以對國家電網(wǎng)之外的地區(qū)的脫碳產(chǎn)生影響。漂浮光伏開發(fā)商Solar-Duck的首席商務(wù)官Francisco Vozza重點指出了這一市場機遇。
"在歐洲的希臘、意大利和荷蘭等地，我們已經(jīng)開始看到商業(yè)和商業(yè)前期項目。但在其他地方，比如日本、百慕大、韓國和東南亞各地，也有機會。在那里有很多市場，我們看到的當(dāng)前的應(yīng)用在那里都已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化?！?/p>
顯然，這項技術(shù)可用于從根本上擴(kuò)大北海和其他海洋的可再生能源發(fā)電能力，以前所未有的速度加快能源轉(zhuǎn)型。然而，如要實現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須克服一些挑戰(zhàn)和障礙。
海上漂浮光伏可以通過避免土地稀缺問題來釋放新的市場
挑戰(zhàn)之海
海上漂浮光伏的利用伴隨著一系列的挑戰(zhàn)。這些項目不僅開發(fā)成本很高，而且對于這項技術(shù)以及它如何影響生態(tài)系統(tǒng)，特別是水下生態(tài)系統(tǒng)，仍存在許多未知數(shù)。
荷蘭獨立研究機構(gòu)TNO的太陽能市場和項目負(fù)責(zé)人Wiep Folkerts表示，"最大的挑戰(zhàn)是開發(fā)海上漂浮光伏解決方案(包括錨定、系泊、漂浮結(jié)構(gòu)、光伏組件和電氣元件、電纜)，這些解決方案要足夠堅固，能夠承受惡劣的海上環(huán)境(鹽、濕氣、風(fēng)、浪)，同時保持較低且有競爭力的LCOE(平準(zhǔn)化度電成本)。"
"包括小規(guī)模試點項目在內(nèi)，在海上光伏成為商業(yè)可行的解決方案之前，需要進(jìn)行科學(xué)和技術(shù)研發(fā)，從而建立長期可靠的、和性能相關(guān)的完整解決方案(包括通往電網(wǎng)的動態(tài)電纜)、生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展的專業(yè)知識與實踐指南，同時也要從失敗中學(xué)習(xí)，改進(jìn)設(shè)計?！?/p>
"所需的堅固性在很大程度上取決于海上水體的位置。例如，北海的環(huán)境可能非常惡劣，10米以上的波浪高度并不罕見，熱帶地區(qū)的情況可能不那么苛刻。"
除了這些問題，結(jié)構(gòu)重量和疲勞壽命也是開發(fā)海上漂浮光伏的主要挑戰(zhàn)。
Lome表示，"我們看到的主要挑戰(zhàn)是結(jié)構(gòu)重量和疲勞壽命，這與資本支出成本密切相關(guān)。如果成本不重要，那么設(shè)計一個能夠承受30年海上環(huán)境的漂浮物并不十分困難，但挑戰(zhàn)在于找到一個在可接受的成本下，具有足夠長壽命的解決方案。"
"為了改善疲勞壽命，通常會對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，通過加固結(jié)構(gòu)，重量增加，吃水增加，漂浮光伏電站內(nèi)的受力也增加。此外，沒有光伏組件制造商制造防鹽組件的事實對商業(yè)項目來說是一個挑戰(zhàn)?！?/p>
"希望他們一旦看到有市場，就會回過神來，開發(fā)出適合海上環(huán)境的組件。與海上風(fēng)電共址確實可以成為一個重要的市場。它將降低資本支出成本，因為輸出電纜和變電站可以共享，而且能源輸出將更加穩(wěn)定，現(xiàn)在有風(fēng)的時候往往是晴天，反之亦然。"
正如Lome所言，項目共址確實有助于實現(xiàn)技術(shù)的擴(kuò)展。這可能對這一技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生影響。然而，Vozza指出了海上漂浮光伏面臨的一系列獨特挑戰(zhàn)：監(jiān)管框架。
"我認(rèn)為，作為一個行業(yè)，我們真正要解決的主要障礙是缺乏適當(dāng)?shù)摹⒔y(tǒng)一的監(jiān)管框架。主要的挑戰(zhàn)還在于，各個市場將如何調(diào)整監(jiān)管框架以真正加速部署。但這個市場發(fā)展的非?？臁Ｋ_實可以產(chǎn)生影響，并在2030年擴(kuò)大到GW規(guī)模"。
擁有適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)框架可以使海上光伏開發(fā)商對未來進(jìn)行規(guī)劃。然而，目前還缺乏支持這一技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)或框架。盡管如此，隨著市場繼續(xù)向著2030年回升，很明顯，決策將會在政治層面做出，我們可以看到對該技術(shù)的進(jìn)一步支持。
這一觀點得到了RWE的支持，該公司確認(rèn)缺乏監(jiān)管框架或成為一個主要障礙。
"海上光伏是一項新技術(shù)，具有新的風(fēng)險和挑戰(zhàn)。目前，缺乏適應(yīng)混合或獨立海上光伏項目的、合適的監(jiān)管框架或政策，"Willow說。
"這種政策的缺失可能會導(dǎo)致需要大量的許可證，在一些市場上，這會涉及幾家機構(gòu)/利益相關(guān)方。此外，對于海上光伏應(yīng)如何融入現(xiàn)有的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的問題，也缺乏討論。"
Willow還認(rèn)為，在海上漂浮光伏全面商業(yè)化之前，還有一些技術(shù)問題需要攻克。開發(fā)商需要 "了解這些設(shè)備在海上的實際情況"，以優(yōu)化這一技術(shù)在全球的使用。一旦克服了這些問題，就可能實現(xiàn)這一技術(shù)的一種突破。
北海的海上漂浮光伏擴(kuò)張
RWE和SolarDuck是兩家歷史悠久的公司，它們都在探索北海潛在的海上漂浮項目。雙方合作開發(fā)了一個5MWp海上光伏示范裝置。該項目將作為RWE在荷蘭的Hollandse Kust West VII海上風(fēng)電項目的一部分進(jìn)行部署。預(yù)計該項目將于2026年開始運行。
在世界上最具挑戰(zhàn)性的海上環(huán)境之一，該項目將為RWE和Solar-Duck提供重要的第一手經(jīng)驗。這些經(jīng)驗可能會使這一技術(shù)在未來更快地實現(xiàn)商業(yè)化。
與此同時，兩家公司正在合作開展Merganser項目——一個位于北海的0.5MWp海上光伏示范項目，預(yù)計將于2023年安裝。
Vozza認(rèn)為，北海為海上漂浮光伏提供了完美的測試平臺，這不僅是因為北海靠近歐洲國家和海上風(fēng)電，還因為這片海域的惡劣條件。
"如果你能在北海成功，那么你幾乎可以在任何地方成功。如果你看看那些向海上轉(zhuǎn)移的類比技術(shù)，就會發(fā)現(xiàn)海上漂浮光伏確實具有顛覆性的潛力。風(fēng)能就是一個典型例子?！盫ozza說道。
"這種技術(shù)從內(nèi)陸開始，轉(zhuǎn)到近岸，轉(zhuǎn)到近海，然后又轉(zhuǎn)到海上漂浮光伏。太陽能是更實惠，更容易獲得的能源來源。太陽能走同樣的道路是有道理的。"
另一方面，Willow認(rèn)為海上風(fēng)電與海上漂浮光伏共址是一個機遇，可以產(chǎn)生大量可再生能源。
"海上光伏系統(tǒng)與海上風(fēng)電站的融合可以使海洋空間得到有效利用，在同一區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)兩倍的能源產(chǎn)能。此外，這兩種技術(shù)的互補性使產(chǎn)能狀況更加平衡。我們還看到在系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)方面的協(xié)同效應(yīng)。"
漂浮光伏商業(yè)化
顯然，海上漂浮光伏對全球可再生能源的未來發(fā)揮著重要作用。但是，最大的問題之一是，這一技術(shù)何時可以為更大范圍的商業(yè)化做好準(zhǔn)備。隨著全球多個試點項目不斷創(chuàng)新這一解決方案，優(yōu)化這項技術(shù)，"何時"的問題變得更加醒目。
Folkerts認(rèn)為，工業(yè)規(guī)模的海上漂浮光伏或會在本世紀(jì)末成為現(xiàn)實。"未來，海上光伏可能會以GWp的規(guī)模部署，預(yù)計這會在2027年之后發(fā)生，考慮到這一領(lǐng)域的創(chuàng)新以及全球各地正在建設(shè)的試點項目的進(jìn)展，這個預(yù)測似乎是合理的。"
當(dāng)這項技術(shù)實現(xiàn)更大范圍的商業(yè)化時，它的潛力將在促進(jìn)全球能源轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
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