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近海光伏或成行業(yè)新“藍?!??

中國電力網(wǎng)發(fā)布時間:2022-05-12 09:09:37

相關(guān)資料顯示,我國大陸海岸線長1.8萬km,近??偯娣e470多萬km2,其中可利用海域超300萬km2,理論上可發(fā)展近7億kW(700GW)海上光伏。近年來,浙江等地也陸續(xù)出臺了相關(guān)政策支持海上光伏發(fā)展。但是,目前海上光伏只有少量建設(shè),大部分還在未來的計劃中。海上光伏能否成為下一個藍海?海上光伏發(fā)展存在哪些技術(shù)難題?近日,《南方能源建設(shè)》編輯部就上述問題采訪了中國海洋工程咨詢協(xié)會海上風(fēng)電分會會長蔡紹寬先生。下面為蔡會長關(guān)于海上光伏的相關(guān)論述,歡迎品讀!

除水能、風(fēng)能、陸上光伏外,最值得研究的能源是海上光伏

當(dāng)今世界,可再生零碳能源必將成為全社會能源供應(yīng)主角。可再生零碳能源包括水能、風(fēng)能、光能、溫差能、地?zé)崮艿?。其中:水能,已開發(fā)100多年,即將開發(fā)殆盡,由于受資源規(guī)模限制,待開發(fā)量已極為有限;溫差能,從當(dāng)前科技水平展望,難以實現(xiàn)規(guī)模化、市場化開發(fā);地?zé)崮埽軕?yīng)用場景限制而直接熱利用規(guī)模狹小,發(fā)電利用也難以規(guī)模化、市場化;風(fēng)能(陸風(fēng)、海風(fēng)),陸上風(fēng)能正在市場化(平價化)、規(guī)?;_發(fā),海上近淺海風(fēng)電已進入市場化開發(fā)和規(guī)?;_發(fā)可期階段,必將大力發(fā)展;光能(陸光、海光),陸上光伏正在市場化、規(guī)?;_發(fā),海上光伏開發(fā)前景規(guī)模巨大但僅僅處于嘗試性科研開發(fā)階段而尚待探索。

綜上,未來可以規(guī)模化、市場化開發(fā)的可再生零碳能源有水能、陸上風(fēng)能、近淺海風(fēng)能、光能。除了已經(jīng)下結(jié)論可規(guī)?;袌龌_發(fā)的水能、風(fēng)能、陸上光伏以外,最值得研究的目標(biāo)能源是海上光伏。

近岸海洋能源區(qū)域分布

從中國能源發(fā)展前景來看,非熱點但有前景的能源有三個方面:漂浮式基礎(chǔ)海上風(fēng)電、離岸能源島、漂浮式(含灘涂,下同)光伏。當(dāng)前近岸海洋能源研究與開發(fā)探索的盲區(qū)為漂浮式光伏。

我們將近岸海洋能源分布區(qū)域劃分為五個區(qū)帶:灘涂、潮間帶、5m以下水深潮下帶(通常作為施工船舶難以進場施工的水深海域)、5~70m(海上風(fēng)電固定樁基礎(chǔ)與漂浮式基礎(chǔ)的經(jīng)濟開發(fā)臨界水深)水深帶、70m(可能更深)以上水深帶。收縮關(guān)注點,以可規(guī)?;?、市場化前景為約束條件:灘涂、潮間帶、5m以下水深潮下帶(通常作為施工船舶難以進場施工的水深海域)、5~70m(海上風(fēng)電固定樁基礎(chǔ)與漂浮式基礎(chǔ)的經(jīng)濟開發(fā)臨界水深)水深帶。

與海上風(fēng)電裝機規(guī)模及發(fā)電量的比較

以5~70m水深帶漂浮式光伏對裝機規(guī)模和發(fā)電量進行比較。當(dāng)該海域海上風(fēng)電進入6MW單機以上時代,以一般風(fēng)電機組布置行距1000m、列距800m為代表性陣列開展分析研究。四個風(fēng)電塔形成的矩形海面面積為0.8km2,考慮各類通道需求和安全距離需求,按僅僅只布置50%面積光伏電池板計算,以100W/m2技術(shù)指標(biāo)設(shè)計,則光伏裝機應(yīng)為40MW;假定每基風(fēng)電塔周邊行列矩陣光伏指標(biāo)各向同性,則風(fēng)電參與比較的技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)應(yīng)以1/4計入,若仍以6MW單機容量計,則風(fēng)電參與比較容量為6×4/4=6MW;光伏裝機容量與風(fēng)電裝機容量比為40MW/6MW=6.68倍;以風(fēng)電利用小時為光伏利用小時4倍假定,則光伏發(fā)電量與風(fēng)電發(fā)電量倍比關(guān)系為6.68/4=1.67倍。雖然單機容量和風(fēng)機布置矩陣幾何距離是多樣性的,但是從定性角度來講,光伏的裝機規(guī)模和發(fā)電量規(guī)模都是大于海上風(fēng)電的,前景規(guī)??捎^。

海上漂浮式光伏開發(fā)的技術(shù)難題及其研究方向

我們再將視野放大,粗略分析灘涂、潮間帶、5m以下水深潮下帶三個近岸海域條帶的光伏開發(fā)前景。海上漂浮式光伏開發(fā)的技術(shù)難點有系泊、抗浪、抗風(fēng)和抗拍擊。通過近兩年的研究,解決四大難題的方向可以初步確定:

(1)系泊。5m以上水深,開展風(fēng)電基礎(chǔ)為輔、樁鏈錨拉為主聯(lián)合受力的可行性研究;5m以下潮下帶,開展樁鏈錨拉為主與浮體底部為輔聯(lián)合受力的可行性研究;潮間帶,開展以浮體底部為主、樁鏈錨拉為輔聯(lián)合受力的可行性研究;灘涂,以對具體的灘涂地理地質(zhì)特性適應(yīng)性最后的支撐結(jié)構(gòu)開展可行性研究。

(2)抗浪。加大科技創(chuàng)新力度,采用全新漂浮結(jié)構(gòu),以“隨波逐流、以柔克剛”為技術(shù)創(chuàng)新理念,從“材料、結(jié)構(gòu)、受力原理、錨拉系統(tǒng)、減力消能方式、動態(tài)電纜、運維新理念等”多角度開展可行性研究。浮體結(jié)構(gòu)、柔性連接、柔性系纜、柔性光伏組件、動態(tài)電纜等可能是關(guān)注重點。

(3)抗風(fēng)。以最大限度降低風(fēng)荷載為主攻方向,浮體結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)材料的研究顯得尤為重要。

(4)抗拍擊。以柔性光伏組件為技術(shù)突破口,從根本上改變光伏組件的“結(jié)構(gòu)力學(xué)原理、破壞損壞機理、破壞容忍度邊界、破壞幾率確定、破壞運維處理等”方面開展可行性研究。

關(guān)于海上漂浮式光伏推進的階段性認識

當(dāng)前,海上漂浮式光伏已有相關(guān)實證項目投產(chǎn)運營。實踐證明海上漂浮式光伏在技術(shù)上是可以實現(xiàn)的,但其面對的主要難題,不是能否實現(xiàn),而是能否規(guī)模化、市場化(平價上網(wǎng))以及適應(yīng)海域。從當(dāng)前的科技研發(fā)水平來看,我們認為漂浮式光伏發(fā)展階段正處于已經(jīng)可以開展試驗示范的“科研+工程”階段。從全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展角度來看,可以說,誰敢于率先實踐與突破,誰就會占領(lǐng)漂浮式光伏的發(fā)展制高點和行業(yè)引領(lǐng)者地位。

新型海上能源的研究與突破方向

新型海上能源的研究與突破方向有固定樁基礎(chǔ)海上風(fēng)電走向更深海域,漂浮式基礎(chǔ)海上風(fēng)電研究與實踐,灘涂直至固定樁基礎(chǔ)海深的漂浮式光伏研究與實踐,基于自然島的近岸(離岸120km以內(nèi))能源島研究與實踐,海上能源開發(fā)與海洋牧場相結(jié)合的嘗試,與已形成的海洋能源工程相配套的旅游產(chǎn)業(yè)開發(fā)等。海洋資源的綜合開發(fā)利用,可以達到互相分攤一部分投資成本、資源更充分利用的目標(biāo),使從技術(shù)可行到實現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟均可行的歷程盡量縮短,為社會經(jīng)濟的發(fā)展作出更大的貢獻。

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