在山東青島的海邊,一片由光伏板組成的 “藍色矩陣” 在海面上隨潮汐起伏,這是我國首個實現工業運行的全海水環境漂浮式光伏項目,于7月2日剛剛建成投用。這個占地面積約 60000平方米、裝機容量7.5兆瓦的項目,每年可發綠電1670萬千瓦時,減排二氧化碳1.4 萬噸,相當于種植了75萬棵樹。
將光伏搬至海上,不僅是一次能源開發的空間轉移,更是一場關乎能源革命與海洋經濟的全新探索。
7月2日,中國石化青島煉化全海水環境漂浮式光伏項目建成投用
01
光伏的“海上生存術”
海上的漂浮式光伏與傳統光伏項目有何區別?
其實二者基于太陽能發電的原理是一樣的,只是漂浮式光伏是通過特制的浮體將光伏板漂浮在海水表面。它的優勢在于,可以利用海上空間節約陸地資源,但這同時也提出了新的技術挑戰。
漂浮式光伏電站是利用海水表面空間來發電
一是海水具有腐蝕性,可能損傷金屬等基體材料,同時還伴隨海洋生物附著問題;二是海邊并非一直風平浪靜,尤其是潮汐波動和大風等惡劣天氣,對光伏板的穩定性是個極大考驗;三是需要重新設計近水面的巡檢和運維通道,同時平衡安全風險和項目成本。
這些問題已在項目設計時一一準備了解決方案。首先,項目采用的特制浮體是由高分子復合材料制成,具有良好的浮力和穩定性。光伏板的支架采用碳纖維材料,表面涂有特殊的抗腐蝕涂層,能抵御鹽霧的侵蝕,并阻止海水與金屬等基體材料直接接觸,減緩腐蝕速度,同時讓藤壺等生物難以附著,保證設備的正常運行和使用壽命。目前已相對成熟的無人船自動清理技術,也可以幫助清洗光伏系統表面。
其次,光伏板隨潮汐同步升降的系統設計也是一大創新亮點,傳統的海上樁基式光伏是固定在海底的,當潮汐漲落時,板體與水面的距離變化大,會加劇風浪對板體的沖擊。而漂浮式光伏通過動態錨固系統(由錨鏈、錨碇等組成),讓光伏板始終與水面保持較近的距離,僅為傳統樁基式結構的約1/10,不僅減少了板體承受的沖擊,還能充分利用海水散熱,通過冷卻效應提高發電效率5%-8%。
運維設計,一向是影響光伏項目效益的關鍵。海上環境惡劣,更是增加了人員巡檢難度和運維成本。為了解決這一難題,項目選擇 “水面巡檢通道+無人機巡邏” 的運維模式。貼近水面的巡檢通道降低了工作人員的抵達難度,無人機則能對整個電站進行全方位監測。
02
海洋經濟新生態
至于為何要將光伏搬到海上,首要目的當然是節約緊張的土地資源。我國沿海地區經濟發達、能源需求大,但土地資源尤為珍貴。海上光伏不占陸地,既節約了租賃成本,還能利用靠近用電中心的優勢,減少輸電損耗,可以一舉兩得。并且我國坐擁1.8萬公里海岸線,近岸淺海區域廣闊,為光伏發展提供了巨大空間。
另一個優勢是上文提到過的海水降溫。光伏發電是基于“光生伏特效應”,即半導體材料吸收光子后產生電子-空穴對,通過電路形成電流。但這個過程對溫度極為敏感,研究數據顯示,溫度每上升1℃,硅基光伏組件的輸出功率會下降 0.3%—0.5%。因此在高溫環境下,光伏系統的發電量反而會降低。而海水可以為光伏板提供持續的冷卻,從而減少高溫造成的效率損耗。
除此之外,更具長遠價值的意義在于,海上光伏可以利用場景優勢推動技術的多元融合,從而構建海洋經濟的新生態。
例如,“光伏+漁業” 可以通過互補實現“一水兩用”,即在光伏板下方的海域,開展魚類、貝類等水產養殖。光伏板為海水遮擋部分陽光,降低了水溫,營造了適宜部分魚類生長的環境。同時也減少了藻類的光合作用,抑制赤潮的發生,改善水質。這樣就讓一塊海面獲得兩份收入,提高了單位面積的工農業總產值。
光伏板下進行漁業養殖,實現漁光互補
“光伏+海水淡化”則為沿海缺水地區提供了新的解決方案,即用光伏電力驅動反滲透海水淡化裝置,直接將海水轉化為飲用水,解決沿海地區淡水短缺問題,也降低了海水淡化成本。在沿海地區因臺風等災害導致陸地供水中斷時,漂浮式光伏淡化系統也可作為獨立水源進行應急補充。國家電投黃河公司參與的沙特紅海綜合智慧能源項目,就將光伏發電和海水淡化系統相結合,為當地度假區提供綜合智慧能源一體化解決方案。
“光伏+海上風電”的協同模式,還可以在同一海域布局漂浮光伏和海上風電,共享海底電纜、運維碼頭等基礎設施,大幅節省基建投資,促進海洋空間集約,形成“風光互補”的綜合能源島。白天以光伏發電為主,夜間以風電為主,二者結合可以降低電力輸出的波動幅度,解決新能源并網的痼疾。
海上光伏系統經設備轉換、傳輸并入電網的流程示意圖
華創證券分析指出,2026年起,漂浮式裝機規模將正式進入量變階段。預計2026—2030年,我國浮式新增裝機將由0.6GW增長至6.2GW,復合年均增長率為79.5%,成為浮式市場的主導力量。
市場的快速增長態勢,不僅推動漂浮式光伏向更深更遠的海域發展,還將帶動相關產業的繁榮,從浮體材料、光伏組件到錨固系統、運維設備,整個產業鏈都將因此獲益。藍海之上的光伏板,將在不斷拓寬的新能源版圖中,用復合業態為綠色發展提供新的答案。
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編輯|張毅
主編|黎坤
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