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中国发展水面浮动式光伏电站机遇与挑战
来源:中国工业电器网
2014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，新增并网电站以大型光伏电站为主要增长动力，未来随着光伏发电应用模式不断创新，分布式规模有望稳步增长。根据国家能源局规划，2015年度全国光伏年度计划新增并网规模15吉瓦，其中集中式电站8吉瓦，分布式7吉瓦（其中屋顶分布式不低于3.15吉瓦），特别提出北京、天津、上海、重庆及西藏地区在不发生弃光的前提下，不设发展规模上限。
而在中国发展光伏，面临的实际情况是怎样呢？在中国发展水面光伏的挑战和机遇如何呢？
1、中国人多地少，发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，根据书籍《太阳能光伏发电系统施工设计与维护》，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。但为了减少阴影效应，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。整个光伏电站平均千瓦占地20—30平方米。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。宁夏最近出台的政策就明确了用地的限制标准。
2、中国北方蒸发量大于降雨量，发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大于蒸发量，水分的收支不平衡造成气候的干燥化程度日甚。水面光伏电站由于遮盖大量的水体表面，可以减少水分蒸发。
3、中国有3.2万公里长海岸线，有极大发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。沿线发展水面光伏电站，不仅操作难度系数较低，还可全面为沿线经济发达地带提供电力支持。
4、中国有8.6万座水库（截至2012年底），总库容6924*108立方米，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），具备大规模发展水面光伏电站的先决条件。水库表面主要用于蓄水、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发展。
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，发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，中国应大力发展水面光伏电站，在提升经济效益的同时，保持环境的健康、和谐发展。目前我国若开展此领域研发，须考虑以下问题：
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、抗风浪等特性，来与之匹配。
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。因此可尝试比聚乙烯更加耐光氧化、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1／3，这是建造水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，竹子不仅低成本（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、合适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，选择较低成本较高性能的蓄电池将显得尤为重要。
而在中国发展光伏，面临的实际情况是怎样呢？在中国发展水面光伏的挑战和机遇如何呢？
1、中国人多地少，发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，根据书籍《太阳能光伏发电系统施工设计与维护》，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。但为了减少阴影效应，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。整个光伏电站平均千瓦占地20—30平方米。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。宁夏最近出台的政策就明确了用地的限制标准。
2、中国北方蒸发量大于降雨量，发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大于蒸发量，水分的收支不平衡造成气候的干燥化程度日甚。水面光伏电站由于遮盖大量的水体表面，可以减少水分蒸发。
3、中国有3.2万公里长海岸线，有极大发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。沿线发展水面光伏电站，不仅操作难度系数较低，还可全面为沿线经济发达地带提供电力支持。
4、中国有8.6万座水库（截至2012年底），总库容6924*108立方米，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），具备大规模发展水面光伏电站的先决条件。水库表面主要用于蓄水、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发展。
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，发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，中国应大力发展水面光伏电站，在提升经济效益的同时，保持环境的健康、和谐发展。目前我国若开展此领域研发，须考虑以下问题：
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、抗风浪等特性，来与之匹配。
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。因此可尝试比聚乙烯更加耐光氧化、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1／3，这是建造水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，竹子不仅低成本（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、合适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，选择较低成本较高性能的蓄电池将显得尤为重要。
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