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新加坡太阳能研究所Thomas REINDL:大湖大海上的太阳能

光伏系统工程  来源:北极星太阳能光伏网    2019/6/4 15:59:21  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:第十三届(2019)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)论坛在沪火热进行中。6月4日光伏前沿技术主题论坛上,新加坡太阳能研究所副所长Thomas REINDL向参会人员们介绍了“大湖大海上的太阳能”。

以下为发言实录:

Thomas REINDL:非常感谢。我再次欢迎大家,现在我们讲的是浮式太阳能,这是一个新内容,甚至有人说光伏。一个地面装,一个房顶装,现在是水面安装。新加坡太阳能研究所,这是新加坡国立太阳能研究所,在亚洲我们也非常努力的运营,我们有10年历史,员工200名左右,我们有实验室,我们做研发,比如说研究太阳能电池、模块和系统。而且我主要是负责系统研发,讲到了浮式光伏,这个话题可以说,最近在一些IPRV路线图上也提到了这一点。

今天我讲一下浮式太阳能,讲讲浮式太阳所面临的市场和成本。很多人说地球上我们要赚钱,但是我们还要看成本。我们有新加坡世界上最大的浮式太阳能实验厂,我给大家分享实验厂的一些数据。除了在水库里面应用,我们还可以看其他的组合应用,如果大家感兴趣,我还可以提供大家额外的信息。

什么叫浮式太阳能,就是这些光伏系统放在水体上,是水库,也是饮用水的水体、雨水、水处理厂等各种水体。浮式太阳能并不单单在水上而已,我们看到在浙江有200MW的安装,他们是在渔场里面上层,他们是在柱桩上的,不在柱桩上的不是真正的浮式,我们是真正的浮式。

我们觉得浮式太阳能会占太阳能很大的比例,这个是最早在日本,2007年,第一个商用是在美国,也看到了浮式太阳能,甚至有地方还能够品红酒,当然这个就不便宜。非常有意思的是很多浮式太阳能,只要说你这边土地少,水体多,像新加坡,我们土地空间少,和日本一样,也在那些大型的葡萄园他们有水库,水库也可以安装。第一个兆瓦级的是在2013年,离岸的是在2014年马尔代夫,系统做的越来越大,规模越来越大。

浮式太阳能有它的优势,水有冷却作用,后面也跟大家介绍一下数据,介绍一下新加坡方面的研究结果。在水上建光伏电厂不会和别人争地,不会和农业、建筑业争地,水库以前从来不用,或者很少有,这个可以降低水蒸发,对于灌溉用水库非常有益,或者饮用水库也非常有益。而且把安装和现有设施结合起来,既有水电,又有浮式光伏,后面我也会介绍一下这样的组合。

资本支出比地面安装高10%-15%,但是它的产量平准电价和土地上的光伏电厂平准电价差不多。所以我们不认为这边的成果会更高。现在还没有长久使用历史数据,我们和银行、投资人讨论,随着新的发展,这个系统越来越大,越来越成熟,我们就能有长时数据,就能够在金融业获得信任。当然,我们也看环境的影响,这个是新生事物,并没有那么多的系统是否产生环境影响,当然这些安装的系统并没有出现不良新闻,我们要做环境可行性分析。

这是一张概念图,这和地面安装的光伏电厂差不多,只是系统本身,不管是在地面,还是在屋顶,现在只是浮在水面上而已。我们需要用锚级系统,锚定桩,再加锚定线,也有变流器,然后变压器,然后有20千伏、30千伏的电线,直接导到路上的电瓦。

这是一些照片,在安徽淮南150MW的电厂参观一下,我也刚去过。现在他们也在扩建,要扩建到180MW。这个应该是单体世界上最大的系统,我们在韩国有一个18MW的系统,左下侧是在日本的水库,高达13.7MW。

这个市场在增长,去年总装机达到1.4GW,大家看到不同的系统在安装,我们也在追踪这个数据,因为这方面的研究,我们在新加坡太阳能研究所4、5年前就开始了。我们追踪装机,现在总量是1.4GW,总装机容量,绝大多数在中国,其实最早始于日本,后来韩国采用,然后很多国家,落实大系统的更多还是在中国,就是在安徽省。这都是一些废旧的煤矿,这些就注了水,这边就没有什么不良影响,所以说是一个非常完美的场地,做浮式太阳能电站。

讲到了市场,我们看市场的总体情况,我们做了一些研究,跟大家介绍一下,根据世界银行写的众多报告,讲到了浮式太阳能电站,也介绍了在哪里可能开发项目。世界银行用了GIS系统,每个水库都可以应用,这也是针对浮式太阳能,现在他们就做了这样的研究。

我们看到水库是很大的,4000平方公里,如果只利用了十分之一,就达到了4TW,而且用来创造就业。很多国家也在规划,我们看到正在研究的一共10GW,而这10GW在今年、明年慢慢就会落地。这个行业也在不断发展,最早没有一家,但现在有很多厂商,这都是浮式太阳能系统的供应商,而且总包合同也在不断地发展,所以不是一两家独大,而是有众多厂商在发力。全球各公司都对此感兴趣。

再讲成本,大家看到浮式光伏电站成本和其他的一样,成本越来越低。但日本价格比较高,这个是低于1美元1W,就像前面说到的在接下来一到两年,我们会看到比我们地面安装的更贵的趋势。这个是光伏,现在支架还是占到比较大的比例,这个也会逐渐减少,在主要的,比如说右边的地面安装,作为一个漂浮式和地面安装的光伏做对比,在过去一些年已经在30%方面成本降低了。接下来还会看到额外的30%的成本降低,这是我们的漂浮式和地面安装光伏做的成本方面的对比。

在运营这一块,3.5年的运营时间,这个是在水库上面,新加坡的项目。我们也是测试了10种不同的系统,从这些系统中我们想要知道不同的系统,对于我们OEM来讲会有怎样的影响,也就是在运维方面会有怎样的影响。

这个是相关的照片,我们希望会有不同类型的漂浮的,以及不同光伏的技术,不同组件的技术,也需要有不同的逆变器,包括有固定的,还有我们有海上的以及岸上的,所以是有非常大的多元性的。还有在我们的研究测试,我们会有一个实时的监测系统,是我们内部开发的。另外还有其他的设备,通过这些对比,我们才知道哪项技术会更好,哪个技术可以带来更好的收率和良率。我们看到这些系统,在开放的空间下它的良率会更大,还有要考虑到冷却的影响,还有些系统会有更好的冷却效应,但是并不是很容易去操作。包括需要定期检查线缆,所以在成本方面,以及我们的收率方面,还有实际操作方面、维护方面,需要把它做一些权衡和综合的考量。

右手边大家可以看到不同系统的收率,还包括跟我们普通的屋顶系统对比。这个结果是我们去衡量,比如说产生多少的能量,也就是能量的出力。还有系统缺陷的问题,它所导致的停机的时间,故障停机的一些时间。这样我们也可以做相应的对比,去看这个系统实际的在线运营性能,还有一些系统都可以看到了,至少在新加坡比屋顶的光伏会更好,它的能量收率可以高出10%-15%,所以在新加坡这已经是比较好的收率了,这是一个热带的地区。在图上看到,系统只是比屋顶的成本高10%,但是它的收率可以高出10%-15%。

我们确实看到一些不利的方面,在行业中希望能够在整个的光伏领域,我们每一项技术都要知道它的优势、劣势,以及它所带来的挑战。有些时候可能我们会忽略掉这些优势,当我们把系统放到水中,它可能一直都是在移动着,可能是要看到我们的风,以及我们的水流,它不会是固定的,或者是稳定的,它都会是一种动态的。这样的话,我们就要考虑到线缆,包括系统在移动时候的线缆,尤其离水比较近的时候,线缆碰触到水,我们需要考虑到这些问题。还有一个,比如说一些破裂等等,这些裂纹的情况,这些都是在我们设计和安装的时候需要考虑的。

在我们的线缆比较靠近水,甚至接触到水的时候,有些情况下线缆会吸收水气和湿度,也就是说我们的绝缘电阻就会降低,所以就会影响到系统。我们的逆变器可能在早上的时候没有办法及时地启动,可能要等到下午温度比较高的时候才能够启动。这样的话我们就会损失一到两个小时的时间,也就影响到它的性能,这也是要考虑的。

还有一些小动物的影响,比如说一些鸟,通常这些鸟会在这个地方把漂浮的光伏当作像洗手间一样,这上面就会有鸟粪的影响。所以这也就是我们在做这个系统安装的时候,要考虑到鸟粪污物的影响。

还有对PID这些我们开展了研究,还有ICEC的标准,也就是关于光伏系统的标准。在我们的部署,还有在水库上的运用场景,我们觉得是很有前景的,也会有很多的机会。还有混合的一些运作,也就是跟我们的水力发电站结合使用,通过水力发电站很多国家会建一些新的水力发电,这个过程中可以把漂浮式光伏结合起来,所以有很大的机会。

这是其中的研究,包括世界上最大的水电站,加上我们漂浮式的光伏。右手边绿色的部分代表的是比较低的面积比,可能3%-4%,或者2%左右的水库的面积,你就可以足够了,可以足以使用我们的漂浮式光伏了。大部分的一些水利站,他们的容量一般是50%的利用率,所以就有很大的潜力来进行漂浮式光伏的并用。

这个是我们说到的,把水库当作一个巨型的电池,这样我们就在白天可以进行太阳能光伏发电,夜间可以进行水力发电,在干的季节和湿的季节都可以进行切换,具体看什么样的涡轮机,可以非常快速,无缝的切换。

还有一个例子,这是黄河水利,在中国的国电投的项目,这也是我们水利光伏融合的项目,我们可以很好的把光伏和水利结合起来。

这是在青海的地方,这也是世界上最大的一个光伏电站,在这里他们会有四个涡轮机,还会有一个光伏电厂,进行水光互补自动发电的策略。比如说每一天早上电网公司可以看到它能发的电是多少,在比较晴朗的一天,或者在天气不是很晴朗的时候,可能会有一些波动,但是从这条红色线上我们可以看到水力发电,跟我们光伏发电可以很好的互补,能够达到GW的处理。我相信对于水力,以及光伏,互补是很有前景的。

再回到比较传统的,比较典型的,这是150MW的漂浮式光伏,这个也是最理想的一种使用,可以把现有的设施,再加上光伏。这个上面可以看到,在几年前这里的居民通过挖矿来生活,而现在把现有的设施转化为了一个漂浮式的光伏电站,这个也给当地人带来更多的收入,同时又对未来带来更加清洁的能源,这也就是很好的例子,可以看到在我们的煤矿坍塌之后,我们可以把它转化为一个太阳能的发电厂。

不只在新加坡这样的城市,我们的空间比较有限,像菲律宾,一些很多的岛屿,就可以使用海上的漂浮式的光伏。在新加坡我们也开发海上的漂浮式光伏,在年底将会有5MW的装机量部署,我们也会是世界上最大的海上光伏漂浮式系统。这样的话,我们已经不再是岸上了,所以会有很多的局限性,但其实会在能源的使用方面,包括淡水,我们可以结合养鱼和农作物,实现智能的漂浮式农场或者电厂,这样就可以扩大运用的场景。我们解决的不只是发电,更多也包括食品的供应,以及饮用水的供应等等,都可以结合起来,整合起来。

这是在水区的第一个光伏+养鱼融合的项目,还有一个跟世界银行一起合作会有个报告,我们已经把报告的摘要发布了,现在也是可以免费获得,在下周我们会发布一个非常全面的报告,这报告里面是关于漂浮式光伏所有的方方面面,包括行业的参与者,也是上百页的报告,大家需要可以留个名片给我,之后免费提供给大家。在这周会进行发布,如果大家需要可以告诉我,在今年第三季度我们还会有另外一个报告,这个报告也是免费可得的。那个报告就像一个手册一样,对于我们这个行业的人员提供这样的指导守则,包括在我们这样一个项目中,银行融资等方面,以及其他信息的提供。

在过去几年当中,第三届大会将会在新加坡举行,在9月末10月初举行,我们想打造这样一个社区,到时候将会有150名专家来参会。

做一个总结,这个行业发展较快,我们认为这是三架马车之一,它有巨大的潜力。其成本与地面光伏成本差不多,我们有众多经验,比如如何运行,如何在热环境下提升其发电量10%、15%,我们也知道高湿度带来的一些挑战,但是也能解决,比如说和水电,和其他结合起来,还有渔场,还有海水、半化工程结合起来,都有众多机遇。我们非常愿意成为这个趋势当中的领头羊,愿意和大家一起携手合作。谢谢大家!

Armin ABERLE:谢谢。这个让大家大开眼界,我们真的希望这个将成为光伏的三架马车之一,很多国家可以从中受益。

提问:谢谢,您讲的非常好,刚开始您讲到要对这些浮动光伏进行冷却,怎么做到的?怎么达到更好的营收、收益?

Thomas REINDL:冷却本身是被动冷却,因为周围水有蒸发,因此就是在热的天气里面,有10%、15%的能力提升。在其他环境下,主动冷却能够使能量产出提升3%,有点像家里用的自动花洒,如果说这个模块的温度达到一定水平,它就会自动喷水。我们也考虑进去喷水用的能耗,这个减去之后还有3%提升,我们主动冷却喷水不会影响环境,也不会对硅晶片造成不良影响,所以说这个我们做过研究,值得这么去做。

提问:谢谢您综合的演讲,我的问题是从您的角度来看,在看不同模块,针对浮式电站,有没有专门的模块设计?还是用标准化的模块就可以了?

Thomas REINDL:并没有专门设计,还没有出现,这个我们研究了。韩国的一家公司多年前和VDE一起来设计浮式光伏的标准,但是当时的经验太少,数据不多,我们这些单位合作过,研究过,光致衰减,这些更多容易出现PID。玻璃对玻璃是一个好的选择,对湿度做更多实验有必要,当然现在还没有一个完整的答案,玻璃对玻璃是一个不错的选择,来应对这样的高湿度环境。

提问:谢谢,让人打开眼界。我有一个问题,最佳实践,比如说机器人清洗系统的时候,有没有研究过?我来自迪拜,有一个优势,你们提到本身光伏电站可以预防水库,水过度蒸发,在迪拜我们多沙,一个月要清洗一两次。

Thomas REINDL:机器人清洗首先是一种设计,一个是浮体上面有一个模块,有不同的设计,也有浮的模块,塑料块,中间有钢性的非钢性的连接。现在我们设计的时候只有手动清洗,还没有自动清洗。当然有的渔场他们有专门设计,因为他们是在支柱上的,所以说他们的高度很高,所以说是有这样的清洗设计,针对这样的标准模块,的确有清洗。当然,我们要考虑到鸟粪,要考虑到光伏板变脏,所以说你要考虑到这些内容。现在针对自动化清洗还没有解决方案。

Armin ABERLE:再次感谢演讲。

(发言根据速记整理,未经本人审核)

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