漂浮式光伏发电潜力有多大

近年来，一种在水库、湖泊、池塘等水面修建的漂浮式光伏电站悄然兴起。这种电站可以节约大量土地资源，通过水分蒸发的降温效应增加光伏板发电效率，靠近人口中心从而降低输电成本。

那么，这种看起来很美好的水库漂浮式光伏电站究竟有多大发电潜力?

南方科技大学环境科学与工程学院副教授曾振中与合作者研究发现，若在全球11万座水库铺设30%面积的漂浮式光伏(FPV)系统，每年潜在发电量为9.43万亿度，是目前水力发电的两倍多;同时还能减少水分蒸发1000亿立方米，相当于3亿人的年用水量。相关论文近日发表于《自然-可持续发展》。研究人员同时指出，需要进行额外的研究评估其潜在的长期后果。

合理开发水上漂浮式光伏

通常来说，越接近赤道，太阳能潜力越大，但结合水库数量和规模，拥有大量水库群的非热带国家具有较大FPV潜力。

研究人员从3个全球水库数据库收集了超11万座水库的信息，并基于气候驱动的光伏性能模拟模型分析发现，FPV发电潜力最高的区域集中在美国、巴西东部、葡萄牙、西班牙、南非北部、津巴布韦、印度和中国东部部分地区。

其中，美国潜力最大，但目前FPV技术在该国并未普及。相比之下，日本、新加坡、韩国等国家由于国土面积狭小，对水上光伏的兴趣更加强烈。日本早在2007年就建起全球第一座水上FPV电站，是目前世界上应用FPV最多的国家。中国有超1.5万座水库具有开发FPV的潜力，数量位居世界第二，每年可产出1万亿度电。

但论文第一作者、南方科技大学环境科学与工程学院硕士研究生金宇斌告诉《中国科学报》，中国大多数水库位于低辐射通量地区，导致单位面积能量转换率较低。从技术潜力上看，在太阳辐射通量较高的西部地区，水库漂浮式太阳能电站可以完全满足一些城市的用电需求，而对中部和南部地区来说其产生的电远远不够。

以1700万人口的深圳为例，73座水库总面积39平方公里，全部位于电力需求高且电网基础设施完善的地区附近，但即使在所有水库上以30%的覆盖率开发FPV，其发电量也仅相当于城市需求量的5%。

我国近年来陆续建成多个水上FPV项目，其中不乏成为业界典范代表的。如安徽淮南在采煤塌陷区修建FPV电站，由于太阳能板吸收大量热量，抑制了池塘内藻类的繁殖，大大改善了水体环境;浙江象山在滩涂地带建有光伏板，每年发电量高达3.5亿千瓦。

不过，在水库建设FPV电站还存在一些问题。有研究表明，水温的降低可能对生态系统造成损害，如降低鱼类产量等。

2022年5月，水利部印发《水利部关于加强河湖水域岸线空间管控的指导意见》，明确指出光伏电站、风力发电等项目不得在河道、湖泊、水库内建设。在湖泊周边、水库库汊建设光伏、风电项目的，要科学论证、严格管控。

对此，曾振中表示，通过合理的开发和应用，水库FPV可以为能源发展和水安全作出重要贡献，但这需要严格的环境评估和监测。在人工水库，尤其是矿山、污水处理厂等退化土地上安装FPV系统更为安全。

发展中国家潜力巨大

在国内开发项目的同时，FPV走出了国门。

2022年12月6日，中国和泰国合作修建的FPV项目并网。这是泰国目前最大的FPV发电项目，年发电量达9500万度。此前，中泰双方在诗琳通大坝水电站修建的水上光伏项目已投入商业运营，装机量达到58.5兆瓦，每年可以减少4.7万吨二氧化碳排放。

该研究再次证实，发展中国家具有较大的FPV发展潜力。数据分析表明，40个发展中国家的FPV潜力大于当前的年度电力需求。

例如，巴西作为南美洲最大的经济体，每年的电力需求高达538太瓦时，但可通过开发FPV完全满足。在印度北方邦的一个偏远地区拉利特布尔，12个水库面积共217平方公里，通过FPV每年可产生10太瓦时的发电量，比当地需求量高出一个数量级。津巴布韦、老挝、埃塞俄比亚、喀麦隆、缅甸和苏丹等6个拥有丰富水库的国家FPV发电潜力比目前的电力需求高3~10倍。

尤其在非洲，由于安装FPV所带来的电力供应和节水效益能够同时缓解当地能源和水资源短缺问题，目前有很多研究关注非洲水库开发FPV的可行性和潜力。一项研究估计，FPV总覆盖面积不到总水库面积的1%，可使非洲现有水电站的产能增加58%，年发电量增加46太瓦时，年水损失减少7.43亿立方米。

“这表明在许多太阳能资源丰富的发展中国家，FPV是一种可行的技术方案。”曾振中表示，全球FPV产业正在快速发展，建设成本也在逐步降低。考虑到土地价值和协同效益，随着时间的推移，FPV可能更经济。

“大规模水上光伏应用在世界上大多数地区仍处于起步阶段。考虑到成本和环境影响，我们建议优先开发FPV和水力发电混合的可再生能源项目。”曾振中说。

审稿人评价称：“该研究提供了一个概念性的理论框架，探索水库FPV发电在全球能源生产和节水方面的潜力，有助于为实现可持续发展提供路径。”

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41893-023-01089-6