我国水上光伏电站的新机遇、新发展和新挑战　

作者/ 陈东坡 赛迪顾问半导体产业研究中心高级分析师(北京 100048)

摘要：本文介绍了国内光伏电站建设产业中心的转移给整个行业带来的机遇和挑战。

引言

　　自“领跑者计划”及“十三五”规划出台以后，光伏电站建设重心已从消纳不足、限电严重的西部地区，转向了人口及商业密集、电力缺口较大的中东部地区。水面光伏以其发电效率高，减少对耕地、林地、草地等土地的占用为优势，正逐渐得到广大光伏发电投资者的认可与青睐。光伏产业重心的转移会带给整个产业哪些新的机遇和发展?又会面临哪些新的挑战?

1 我国水上光伏电站的新机遇

1.1 发展水上光伏电站可以节约土地资源

　　光伏电站的缺点之一是能量分散，为永久性占地，且占地面积大，根据书籍《太阳能光伏发电系统施工设计与维护》，理论上每1千瓦光伏发电系统占地10平方米。为了减少阴影效应，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。因此，国家严格限制光伏电站占用耕地，鼓励光伏采用戈壁、沙漠、荒山。水上光伏电站依托水体表面，从而减少对耕地、林地、草地等土地的占用，可以避免土地方面的纠纷，同时，浮体架台为中空结构，便于导线通过，减少地面光伏电站中电缆沟等带来的基建、土地成本[1]。

1.2 我国可用来发展水上光伏的水资源丰富

　　我国有3.2万公里长的海岸线，拥有近300万平方公里的海域，沿线发展水上光伏电站，不仅操作难度系数较低，还可全面为沿线经济发达地带提供电力支持。截止2014年底，我国有9.8万座水库, 总库容9323亿立方米，全国水库水上总面积约为26000千公顷，具备大规模发展水上光伏电站的先决条件。我国水库主要用于蓄水、发电、灌溉、养殖、风景旅游和生态保护，现有水库水上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，水上光伏电站并不会影响养殖业的发展。我国湖泊众多，总面积9.1万平方公里，面积1千平方米以上的有2700多个，发展水上光伏电站条件充裕^[2]。

1.3 发展水上光伏可提高水域面积综合产值

　　水上光伏项目可带来水生态改善与光伏发电双重效益，并能使二者相得益彰，和谐并行发展。在水生态改善方面，水上光伏电站可以遮蔽大量的水体，减少水库水的蒸发;在水上安装光伏组件后，由于对太阳光的遮挡，形成较大的投影面，减少光合作用，对于藻类的繁殖可起到一定程度的抑制作用，有利于水污染防治。在兼有水产养殖业的水库或鱼塘建水上光伏发电站，可为鱼类创造更好的孵化环境，可以调节鱼类的代谢能力，使其优质快速生长，提高水产产量，还可以作为一项别具特色的风景区，成为水上景观的点缀，带来观赏和旅游效益。在提升发电量方面，水上对光伏组件起到降温、镜面反射等作用，发电量明显高于地面电站(约6%~10%)^[3]。

2 我国水上光伏电站的新发展

2.1 相关企业争相布局

　　目前，中电投集团、保利协鑫、常州天合、合肥阳光、阿特斯新能源、通威股份^[4]等多家光伏发电企业已争相布局“渔光互补”项目。阳光电源针对水上光伏的三大挑战——“PID、防水防腐蚀、运维”提出采用水上光伏专用智能汇流箱+箱式逆变房的大型水上光伏电站智慧解决方案;作为老牌饲料企业，通威股份80亿加码光伏渔业，将充分发挥“农户资源”和“光伏行业资源”的协同效应，以“渔光一体”、“农户等屋顶电站”等光伏发电项目为载体，大力推行规模化、集约化、智能化的绿色立体渔业经济;上海旗华新建700MW产能，欲打造全球最大水上漂浮筒企业，为投资水上光伏项目的企业带来水上光伏电站平台解决方案;常州天合则推出耐用双玻无框组件，具有抗PID(电势诱导功率衰减)和防隐裂的特性，并且安装时不需要接地，可在极端恶劣的气候环境下保持性能稳。

2.2 项目建设扎实推进

　　我国水上光伏与日本、美国等国家相比起步较晚，但近年在河北、湖北、江苏、浙江等地相继出现多种形式的水上光伏电站，水上光伏电站在我国发展十分迅速。目前已经并网的典型项目有河口区曙光汇泰49兆瓦渔光互补光伏发电项目;浙江杭州大江东产业集聚区100兆瓦渔光互补光伏发电项目;江苏省高邮甘垛30兆瓦和宝应柳堡108兆瓦两大渔光互补光伏发电项目;江苏宝应县柳堡镇的艳阳天108兆瓦“渔光互补”光伏发电站;安徽合肥肥东100兆瓦渔光互补项目等。在建或计划在建项目有通威湖北天门工业园沉湖300MW项目，济宁1GW 光伏发电项目。两淮采煤沉陷区水上光伏发电规划也已经通过水利水电规划设计总院组织的评审会审议，并等待国家能源局批复，此项规划水上光伏发电装机总量3.2GW，将包含淮北、亳州、宿州、阜阳、淮南五市共80200亩水上和33457亩陆地。

2.3 应用模式日渐清晰

　　水上光伏电站目前的开发模式主要有以下四种：

　　1)水上漂浮式模式，漂浮式就是利用浮筒将组件单元托浮于水上，深水区可以选用此方案;

　　2)渔光互补模式，该模式利用养殖场水上和水下资源，进行发电、养殖一体化经营，这种一地两用的生态产业极大地提高了水域的利用效率，提高了单位面积水域的产值;

　　3)水上+采煤沉陷区模式，将光伏电站与采煤沉陷区水上的综合治理相结合，利用原矿区电网资源和废弃的水上资源开发出清洁电力能源，能提高采煤沉陷区综合治理效益，有效解决煤矿采空区路面沉陷、粉煤灰二次污染问题;

　　4)光伏水利模式，光伏水利涉及的领域或技术有光伏扬水系统、农田排灌、节水灌溉及其控制系统和光伏生活用水、光伏海水淡化、光伏污水处理等，应用领域十分广泛。

3 我国水上光伏电站的新挑战

3.1 综合开发成本高导致投资收益下降

　　对于水上漂浮式光伏电站，在施工过程需考虑较多因素，需要潜水或在船上作业较多，有时还需要大量使用重型机械等进行高效率施工，工序要求相对更多，工期也相应增长。船上作业还需要考虑平衡性和安全性，不能损坏水池堤坝等设施，所使用的浮体材料需要考虑环保和25年使用寿命要求。对于固定打桩方式，根据《10G409预应力混凝土管桩》设计要求：桩基底部进入池塘底不小于3m，上部桩端高出设计洪水位不小于0.4m;当水深3m，桩基高度至少需要6.4m，地桩建设成本较高。水上光伏整体成本也较高，一般比地面光伏要高15%~20%，高的综合开发成本会导致投资收益率的下降。

3.2 受自然环境影响大导致运维难度大

　　水面光伏电站容易淤积各类垃圾，严重影响运维通道，加速腐蚀设备，因此需要定期清理。水上光伏电站的日常巡检统筹需要划船完成，在丰水期，水面会上涨，用于电缆走线的桥架可能阻挡船只前行;在枯水期，水面下退，淤泥较深，船只无法划行，人也无法行走，运维难度更大。在水草等植被生长旺季，水上光伏电站很可能被植物“侵占”，船只被阻挡，无法前往巡检;如果遇到大风大浪，会对运营维护带来挑战;在北方的冬天，如果遇到水面结冰，也会对运维工作带来不便。此外，水面光伏电站的运营维护工作还需要进行水文、水情检测，一定要防止出现水文生态污染、水情变化导致光伏电站资产损失。

3.3 高湿盐雾环境导致对设备要求更高

　　漂浮式水上光伏需要漂浮设备支撑光伏电池板，浮体架台对抗腐蚀性能、低密度、抗冻胀、抗风浪、寿命、承载能力等均要求较高。水上光伏电站所处的环境潮湿，有些地方还是高盐雾，组件在此环境下发生PID衰减的现象更为严重，因此，系统设计除了要求组件具有抗PID能力外，还需要逆变器具备防PID的功能。潮湿的环境也会加速腐蚀电气设备金属部件，同时存在水浪拍打在设备上的现象，对邻近水上安装的汇流箱等设备防水能力提出了更高的要求。因此，汇流箱、逆变器等设备的防护能力需经过精心设计和严格测试，必需满足高盐雾、高湿度、大风等条件下正常工作，且故障率较小。

4 结论

　　我国水上光伏尚处示范阶段，虽然水上光伏电站技术距离大面积、大规模开发还有一定的距离，组件长期在潮湿环境中的可靠性、浮台的承载能力和使用寿命等问题还有待进一步验证，但随着产业的发展、技术的进步，相信国内会有越来越多的企业开始涉足漂浮式光伏发电系统的开发利用。未来通过试验示范项目的建设，逐步积累工程经验，解决组件长期在潮湿环境中的可靠性、浮台的承载能力和使用寿命等技术问题，水上光伏发电系统的开发利用有着良好的前景，并会从浅水区走向更深水区，扩大应用范围。

参考文献：

　　[1]丁光涛.对发展光伏发电站的两点建议[J].安徽师范大学学报(自然科学版),2016 (39):128-131.

　　[2]苏静.农村地区分布式光伏电站建设模式及相关问题探讨[J].通讯世界,2016(8).

　　[3]赵宇航.争夺水面光伏[J].产业∣光伏,2016(3):60-63.

　　[4]王远华.通威股份推广渔光一体化[J].农经,2016(4):84-85.

本文来源于《电子产品世界》2017年第5期第3页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。