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探秘全球最大水上光伏電站

作者:中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)新聞中心 來(lái)源:日經(jīng)BP社 發(fā)布時(shí)間:2015-07-17 瀏覽:

中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:在兵庫(kù)縣加西市的逆池水面上建設(shè)的約2.3MW“兵庫(kù)加西市逆池水上百萬(wàn)光伏電站”(圖1)開(kāi)始了運(yùn)轉(zhuǎn)。這是全球最大規(guī)模的水上設(shè)置型百萬(wàn)光伏電站。

圖1:在逆池的水面上建設(shè)的約2.3MW光伏電站是全球最大規(guī)模水上設(shè)置型光伏電站(攝影:日經(jīng)BP社)

發(fā)電站從6月11日開(kāi)始向關(guān)西電力售電。年間發(fā)電量預(yù)計(jì)約為2680MWh,相當(dāng)于約820戶普通家庭的用電量。

發(fā)電運(yùn)營(yíng)商為京瓷和東京盛世利租賃合資設(shè)立的SPC(特殊目的公司)京瓷TCL太陽(yáng)能(東京都千代田區(qū))。

京瓷TCL太陽(yáng)能從事地面、大規(guī)模建筑物的屋頂以及蓄水池和水庫(kù)等水面上的百萬(wàn)光伏電站開(kāi)發(fā)。

規(guī)模僅次于逆池的水上設(shè)置型百萬(wàn)光伏電站,是京瓷TCL太陽(yáng)能在兵庫(kù)縣加?xùn)|市運(yùn)營(yíng)的項(xiàng)目,輸出功率約為1.7MW。今后還計(jì)劃在千葉縣市原市的山倉(cāng)水庫(kù)開(kāi)發(fā)約13.4MW的水上百萬(wàn)光伏電站。

可再生能源電力固定價(jià)格收購(gòu)制度(FIT)開(kāi)始實(shí)施后,日本的百萬(wàn)光伏電站開(kāi)發(fā)加速,適合開(kāi)展光伏發(fā)電業(yè)務(wù),而且并網(wǎng)條件良好的業(yè)務(wù)用地逐漸減少。

在這種情況下,利用蓄水池和水庫(kù)開(kāi)發(fā)的水上設(shè)置型百萬(wàn)光伏電站逐漸受到關(guān)注。

日本全年的降水量變化比較大,全國(guó)建有大量提供農(nóng)業(yè)用水的蓄水池、儲(chǔ)存工業(yè)用水的水庫(kù),以及河流的水量增加到一定程度以上時(shí)使用的調(diào)節(jié)池等。

這些水池和水庫(kù)歸地方政府及當(dāng)?shù)氐淖灾螆F(tuán)體等所有。將水面出租給光伏發(fā)電運(yùn)營(yíng)商,可以削減每年的維護(hù)管理費(fèi)用。

因?yàn)樵诔鲎馄陂g內(nèi),光伏發(fā)電運(yùn)營(yíng)商會(huì)負(fù)責(zé)大部分的維護(hù)和管理工作。而且還能從光伏發(fā)電運(yùn)營(yíng)商手中收取以前無(wú)法想象的租金。

對(duì)光伏發(fā)電運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),與租賃土地相比,水面的租金相對(duì)較低,便于提高業(yè)務(wù)效率。

無(wú)需平整和除草,可抑制水草異常生長(zhǎng)

京瓷就水上設(shè)置型百萬(wàn)光伏電站的好處強(qiáng)調(diào)了三點(diǎn):第一,沒(méi)有在地面設(shè)置時(shí)不可避免的建設(shè)時(shí)整地及運(yùn)營(yíng)時(shí)除草等成本增加因素。

第二,池水具有冷卻太陽(yáng)能電池板的效果。據(jù)稱因池水的冷卻效果,電池板的溫度若降低1℃,輸出功率可增加0.5%。

結(jié)晶硅型太陽(yáng)能電池板具有高溫時(shí)發(fā)電損失會(huì)增大,轉(zhuǎn)換效率會(huì)降低的特性。若設(shè)置在水面上,則由水的冷卻效果,在夏季高溫時(shí)與地面和屋頂上設(shè)置的太陽(yáng)能電池板相比,可以降低發(fā)電損失。

第三是對(duì)水池的好處(圖2)。水面上覆蓋了太陽(yáng)能電池板,可以減少池水的蒸發(fā)量。據(jù)稱還有可抑制藻類等水草異常生長(zhǎng)的效果。

圖2:遮住陽(yáng)光,抑制水草異常生長(zhǎng)據(jù)稱施工前水面的約8成都被水草所覆蓋(攝影:日經(jīng)BP社)

在逆池,有望抑制菱等水草生長(zhǎng)的效果。施工前割掉了這類水草,但保留了蓮等具備觀賞性的水生植物。

以工序和施工方法的高效化降低成本是關(guān)鍵逆池?fù)?dān)負(fù)著為栽培水稻和小麥的耕地提供農(nóng)業(yè)用水的任務(wù)。大約1300年來(lái)一直為附近的農(nóng)田供水。目前有144戶農(nóng)家的耕地要依賴逆池的水。

水面的面積約為8萬(wàn)m2,在蓄水池中屬于比較大的,其中約三分之一鋪設(shè)了太陽(yáng)能電池板。

發(fā)電站的EPC(設(shè)計(jì)、采購(gòu)及施工)服務(wù)由京瓷集團(tuán)的工程公司京瓷信息系統(tǒng)(京都市)負(fù)責(zé)。

京瓷信息系統(tǒng)表示,在水上作構(gòu)造物的施工除了光伏發(fā)電系統(tǒng)以外幾乎沒(méi)有先例。

與地面上的施工不同,目前尚未確立高效率施工的設(shè)備和方法,需要今后不斷積累經(jīng)驗(yàn)。

與在地面上設(shè)置相比,很難大量使用重型機(jī)械等進(jìn)行高效率施工。需要潛水或者在船上的作業(yè)也很多。

這些都是人海戰(zhàn)術(shù)施工方法,會(huì)導(dǎo)致施工費(fèi)用增加。并且,在船上等作業(yè)時(shí),還要在腳下一直搖擺不定的情況下確保安全性。

一道工序所需的時(shí)間也比在地上設(shè)置時(shí)要長(zhǎng)。通過(guò)提高這些工序和作業(yè)的效率來(lái)降低成本是關(guān)鍵。

另外,還不能動(dòng)蓄水池的堤壩。因?yàn)榈虊慰赡軙?huì)受損。

同樣,也不能采用可能會(huì)損壞水池本身功能的施工方法。在不損壞水池功能的前提下鋪設(shè)太陽(yáng)能電池板,是水上設(shè)置型百萬(wàn)光伏電站的基本原則。

并且,此次水池的所有者還提出了讓發(fā)電站盡量融入周圍景觀的要求(圖3)。

水池周圍綠意盎然,春天是賞櫻花的知名景點(diǎn)。

圖3:注重與周圍自然環(huán)境融合的景觀性

水池周圍綠意盎然,春天是賞櫻花的知名景點(diǎn)。左邊的水池上漂浮著電池板(攝影:日經(jīng)BP社)

潛水員潛到水下固定錨栓,利用浮臺(tái)設(shè)置電池板

施工時(shí)將太陽(yáng)能電池板和接線盒浮在水面上,將集電箱、光伏逆變器(PCS)和并網(wǎng)設(shè)備設(shè)置在池邊的地面上。

太陽(yáng)能電池板和接線盒利用樹(shù)脂制浮臺(tái)設(shè)置在水池上(圖4)。浮臺(tái)是類似于竹筏的樹(shù)脂制部件,起著地上設(shè)置時(shí)使用的基礎(chǔ)和架臺(tái)的作用。

圖4:使太陽(yáng)能電池板漂浮在水面上的“浮臺(tái)”設(shè)置成可吸收水面的波動(dòng),而不會(huì)大幅移動(dòng)的狀態(tài)(攝影:日經(jīng)BP社)

浮臺(tái)載著太陽(yáng)能電池板和接線盒浮在水面,不會(huì)因水面的波動(dòng)和大風(fēng)而大幅移動(dòng)。水池的水位發(fā)生變化時(shí),太陽(yáng)能電池板也不能過(guò)于傾斜。

浮臺(tái)縱橫連接,呈平面狀漂浮。而且,還像停泊中的船那樣,用錨栓在池底固定,以確保移動(dòng)幅度不超過(guò)一定的范圍以上。

首先固定錨栓。潛水員潛入池底,按照GPS(全球定位系統(tǒng))和地面的指示,在池底提前設(shè)計(jì)好的位置固定錨栓。

錨栓和浮臺(tái)利用鋼絲連接。將鋼絲連接到錨栓上,然后系到浮標(biāo)上。

潛水員參與普通施工的情況很少見(jiàn),重點(diǎn)是,首先要保證找到能執(zhí)行這種作業(yè)的潛水員。

怎樣保證作業(yè)場(chǎng)地?

其次,利用浮臺(tái),使太陽(yáng)能電池板和接線盒浮在水池上。要提高這一步驟的效率,有效的方法是,盡可能多地在地面上作業(yè),來(lái)減少船上作業(yè)。

船上作業(yè)不僅工作效率低于地面,而且設(shè)備或配件萬(wàn)一掉入水中的話,就必須潛入水中打撈。

水池常常環(huán)繞著道路,而且不能動(dòng)堤壩。由于平坦的地方有限,因此需要設(shè)法在不傷及堤壩的情況下保證作業(yè)場(chǎng)地。如何保證足夠的作業(yè)場(chǎng)地在很大程度上左右著施工效率。

逆池電站是京瓷通信系統(tǒng)的第三個(gè)水上百萬(wàn)光伏電站施工項(xiàng)目。前兩個(gè)項(xiàng)目都是在加西市隔壁的加?xùn)|市實(shí)施的。

根據(jù)前兩個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn),京瓷通信系統(tǒng)使用單管和木板在堤壩水面附近搭建了作業(yè)場(chǎng)地(圖5)。逆池電站與加?xùn)|市的項(xiàng)目相比,腳手架的面積擴(kuò)大到了約兩倍,達(dá)到約48m2,從而提高了效率。

圖5:在不破壞堤壩的情況下搭建作業(yè)場(chǎng)地寬敞的作業(yè)場(chǎng)地便于施工(攝影:京瓷通信系統(tǒng))

逆池電站在作業(yè)場(chǎng)地上將28個(gè)浮臺(tái)連接起來(lái),在固定好太陽(yáng)能電池板之后,用船運(yùn)送到指定位置(圖6)。以兩個(gè)組串(太陽(yáng)能電池板串聯(lián)在一起的單位)為一組進(jìn)行水上運(yùn)輸。

圖6:在作業(yè)場(chǎng)地上連接28個(gè)浮臺(tái),然后用船舶運(yùn)送一次運(yùn)送兩個(gè)串組(攝影:京瓷通信系統(tǒng))

連起來(lái)運(yùn)送的浮臺(tái)數(shù)越多,水上運(yùn)送次數(shù)就會(huì)越少,但船舶行進(jìn)的速度也會(huì)越慢??紤]到三者的平衡,京瓷通信系統(tǒng)稱每次運(yùn)送28個(gè)浮臺(tái)為佳。

雖然也可以使用大船來(lái)增加每次的搬運(yùn)量,但使用一定規(guī)模的船舶時(shí),必須配置擁有小型船舶駕照的作業(yè)人員。

與可在一定程度上計(jì)算作業(yè)量的地面安裝項(xiàng)目相比,水上作業(yè)很難作“每天投入幾名工人才能安裝多少塊太陽(yáng)能電池板”這種估計(jì)。京瓷通信系統(tǒng)制定了周密的臨時(shí)計(jì)劃,從而避免了工期大幅延遲。

經(jīng)過(guò)這些努力,京瓷通信系統(tǒng)終于將9072塊京瓷太陽(yáng)能電池板浮在了水面上。

從最初的加?xùn)|市項(xiàng)目開(kāi)始,浮臺(tái)就一直使用法國(guó)CielTerreInternational公司的產(chǎn)品。逆池百萬(wàn)光伏電站安裝了日本企業(yè)獲得CielTerre的授權(quán)而制造的產(chǎn)品。

太陽(yáng)能電池板的尺寸差異可以使用浮臺(tái)附帶的金屬件來(lái)調(diào)節(jié)。京瓷TCL太陽(yáng)能認(rèn)為,因今后預(yù)定開(kāi)發(fā)多座水上百萬(wàn)光伏電站,通過(guò)改進(jìn)電池板的固定方法,提高效率和降低成本尚有余地。

為了便于使用卷?yè)P(yáng)機(jī),采用直線型布線

從浮在水面上的接線盒一直伸向地面上集電盒的浮臺(tái)上的布線,極力地敷設(shè)成直線狀,從而提高了作業(yè)效率。

原因是,要有效利用可使用旋轉(zhuǎn)鼓輪卷繞送電線纜來(lái)鋪設(shè)的卷?yè)P(yáng)機(jī),直線型布線方式最為合適。送電線纜集中于各列浮臺(tái)的端部。最長(zhǎng)鋪設(shè)距離為400m。

從浮臺(tái)東端到設(shè)有集電盒的地面之間,有些地方的送電線纜套上了樹(shù)脂管漂浮在水面上(圖7)。

圖7:送電線纜離開(kāi)浮臺(tái)漂浮在水面上套上了樹(shù)脂管(攝影:日經(jīng)BP社)

據(jù)稱,這證明了樹(shù)脂管內(nèi)已完全密閉。如果密閉不好的話,水就會(huì)進(jìn)入樹(shù)脂管內(nèi),因重量增加而沉入水中。送電線纜被樹(shù)脂包覆并絕緣,因此接觸水以后,可能會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂劣化,從而損害絕緣性。

在易于設(shè)置的水池上,可高效施工在水上的施工不是在船上就是在浮臺(tái)上,作業(yè)時(shí)會(huì)搖晃(圖8),與地面安裝相比,在冬季天氣寒冷時(shí),施工人員的身體溫度會(huì)降低,消耗增大,去廁所的頻率也會(huì)增加,這些影響都需要考慮。

圖8:在船或浮臺(tái)上移動(dòng)或作業(yè)在浮臺(tái)上移動(dòng)時(shí),左右搖晃較少,但上下有些搖晃(攝影:日經(jīng)BP社)

今后,京瓷通信系統(tǒng)將利用三個(gè)水上安裝型百萬(wàn)光伏電站的經(jīng)驗(yàn),爭(zhēng)取在施工時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的作業(yè)效率和質(zhì)量。

雖然看起來(lái)是一樣的水池,但有的適合在水上安裝太陽(yáng)能電池板池,有的卻不適合。比如,不同水深和水底的形狀。

據(jù)稱,水深要適度,不能太淺也不能太深。逆池光伏電站的水深為3~4.6m,比較適合安裝太陽(yáng)能電池板。水深基本一定、水底凹凸不平的地方較少、水位不變的水池適合安裝太陽(yáng)能電池板。

與地面安裝施工相比,水上施工容易給人以工期很長(zhǎng)的印象,但普通的地面2MW電站需要約5個(gè)月的工期,而約為2.3MW的逆池電站花了6個(gè)月的時(shí)間,工期上并不比地面項(xiàng)目遜色。

據(jù)稱費(fèi)用基本與地面安裝項(xiàng)目相同。雖然設(shè)備購(gòu)買費(fèi)用比較高,但因沒(méi)有建造費(fèi)用,因此二者基本相同。運(yùn)營(yíng)及維護(hù)(O&M)方面,雖然不需要除草費(fèi)用,但需要乘坐船舶來(lái)檢測(cè),因此難度會(huì)增加。

原標(biāo)題:探秘全球最大水上光伏電站

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