隨著漂浮光伏領(lǐng)域變得更加成熟，大型項(xiàng)目被建設(shè)在多種水體中，這帶來了一系列的施工挑戰(zhàn)。那么，使用什么樣的最新技術(shù)才能推動(dòng)這一領(lǐng)域快速增長?

直至最近，漂浮光伏(FPV)技術(shù)才在全球范圍內(nèi)出現(xiàn);在過去五年中，F(xiàn)PV開始主要在亞洲地區(qū)蓬勃發(fā)展。考慮到加速可再生能源部署的必要性，歐洲地區(qū)一直在增加安裝量，包括大型項(xiàng)目(GW規(guī)模)開發(fā)和主要處于研發(fā)階段的海上FPV在內(nèi)，F(xiàn)PV仍被視為一項(xiàng)尚未發(fā)揮全部潛力的新生技術(shù)。

在不到十年的時(shí)間里，這種技術(shù)一直在通過反復(fù)試驗(yàn)不斷發(fā)展和改進(jìn)。其中，錨固和系泊系統(tǒng)是其核心。然而，與大多數(shù)新技術(shù)一樣，人們有必要制定標(biāo)準(zhǔn)，確保參與漂浮光伏的公司不會(huì)在不同的方向上徘徊。制定最佳實(shí)踐的建議有助于加速項(xiàng)目的改進(jìn)。

隨著項(xiàng)目規(guī)模的擴(kuò)大，錨固和系泊系統(tǒng)需要進(jìn)行優(yōu)化

大型漂浮光伏電站規(guī)模迅速增長

質(zhì)量保證公司DNV的風(fēng)能和漂浮光伏業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Tore Hordvik表示，僅僅幾年前，大多數(shù)漂浮光伏項(xiàng)目的規(guī)模都還較小，而現(xiàn)在我們看到的是，項(xiàng)目規(guī)模迅速增長，GW規(guī)模的項(xiàng)目預(yù)計(jì)在幾年內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。

"供應(yīng)商正變得越來越專業(yè)化，經(jīng)濟(jì)體、整條供應(yīng)鏈、制造、安裝，一切都變得更加高效，這推動(dòng)了成本下行，項(xiàng)目規(guī)模也更容易擴(kuò)大。"

DNV一直致力于實(shí)施FPV項(xiàng)目的推薦實(shí)踐(DNV-RP-0584)。DNV于2021年提出的推薦實(shí)踐為FPV電站的全生命周期提供了一套全面的要求、建議和指南。

Hordvik補(bǔ)充表示：“我們看到那些制造浮體，錨固和系泊系統(tǒng)的開發(fā)商，尤其是技術(shù)開發(fā)商，一直都在非常積極的根據(jù)推薦實(shí)踐來驗(yàn)證他們的技術(shù)。

如果缺乏準(zhǔn)則或標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)主、投資方、保險(xiǎn)公司或政府機(jī)構(gòu)會(huì)難以確定一個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量狀況以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此外，推薦實(shí)踐有助于概述FPV應(yīng)符合的標(biāo)準(zhǔn)，這會(huì)讓浮體、錨固和系泊系統(tǒng)開發(fā)商努力使它們的技術(shù)符合DNV文件的要求。”

這項(xiàng)工作仍在進(jìn)行當(dāng)中，為此，DNV最近與20多個(gè)行業(yè)伙伴啟動(dòng)了兩個(gè)業(yè)內(nèi)聯(lián)合項(xiàng)目，"這么做的目的是更進(jìn)一步，實(shí)際定義設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而不僅僅是推薦實(shí)踐，"Hordvik表示，這使項(xiàng)目能夠根據(jù)DNV的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)證。

對于一項(xiàng)尚處于起步階段的技術(shù)，錯(cuò)誤和失敗可能會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)，而當(dāng)錯(cuò)誤和失敗發(fā)生時(shí)，它們是學(xué)習(xí)和改進(jìn)項(xiàng)目施工和技術(shù)的重要工具。

"如果我們能夠從過去的失敗中吸取經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)程序和指導(dǎo)方針，那么我們就可以從這些事件中學(xué)到一些東西。我們現(xiàn)在和這個(gè)行業(yè)就是這樣做的。”

Hordvik表示，在設(shè)計(jì)階段需要考慮的一個(gè)重要步驟是項(xiàng)目完工后的運(yùn)營和維護(hù)，工人如何能夠在組件周圍走動(dòng)，同時(shí)確保在乘船到達(dá)漂浮平臺時(shí)會(huì)有通道， "從設(shè)計(jì)開始的生命周期階段，制造、安裝和運(yùn)行需要齊頭并進(jìn)。"

頭部公司引領(lǐng)，F(xiàn)PV新技術(shù)方案多樣化

陽光Sungrow FPV的區(qū)域總監(jiān)Sophie Luo表示，隨著漂浮光伏項(xiàng)目的系泊和錨固應(yīng)用變得越來越多樣化，解決方案也變得越來越復(fù)雜。

"在漂浮光伏發(fā)展初期[五年前]，我們使用的最普通的系泊或錨固繩是由鋼鏈制成的。但是，由于應(yīng)用場景的多樣性，我們開始推薦使用含有部分聚酯彈性材料的系泊繩。根據(jù)不同項(xiàng)目的條件，它的適應(yīng)性更加出色。”

德國開發(fā)商BayWa r.e.的漂浮光伏產(chǎn)品管理主管Michele Tagliapietra表示， BayWa r.e.通常會(huì)與同樣受信賴的供應(yīng)商合作，而不會(huì)把自己 "鎖定"在某個(gè)特定項(xiàng)目的單一供應(yīng)商或分包商上。

在漂浮光伏領(lǐng)域，BayWa r.e.與Zimmermann PV-Stahlbau公司展開合作以更好的優(yōu)化技術(shù)、降低成本、提高穩(wěn)定性，使系統(tǒng)適合更惡劣的環(huán)境。

Tagliapietra補(bǔ)充表示，公司對其最近項(xiàng)目的改進(jìn)措施之一是使用可以承載更多組件的船只。我們從現(xiàn)在開始要為變電站安裝一個(gè)新的漂浮體結(jié)構(gòu)，我們希望項(xiàng)目取得新進(jìn)展，這正是一個(gè)例子。

然而，隨著項(xiàng)目越來越大，這種技術(shù)不一定需要與小型項(xiàng)目有多大區(qū)別，主要在于優(yōu)化錨固和系泊。

Tagliapietra表示：“除了錨固設(shè)備的更高負(fù)載外，項(xiàng)目規(guī)模越大，你的性能優(yōu)化和降本的空間就越大，更大的項(xiàng)目并不一定意味著更長的安裝時(shí)間。”

BayWa r.e.建造的首批FPV項(xiàng)目之一位于荷蘭的Weperpolder，耗時(shí)一個(gè)月建成，容量為2MW，公司目前最大的Sellingen漂浮光伏項(xiàng)目也位于荷蘭，耗時(shí)兩個(gè)月建成，裝機(jī)容量為41.4MW。

"安裝時(shí)間和成本之間不是一個(gè)線性關(guān)系。對于Sellingen項(xiàng)目來說，通過更大的安裝平臺、優(yōu)化的裝配流程和更多的人員參與，我們設(shè)法大大減少了安裝時(shí)間，降低了安裝成本，雖然這種減少并不是以一種成正比的方式發(fā)生。"他補(bǔ)充說，減少在現(xiàn)場花費(fèi)的時(shí)間、調(diào)動(dòng)成本，尋找適合項(xiàng)目安裝的時(shí)間窗口和天氣條件，這些做法都可以節(jié)省資金。

Hordvik稱，對于較大的項(xiàng)目，需要考慮的一個(gè)方面是要謹(jǐn)慎對待錨固和系泊載荷，因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)更大，因而風(fēng)區(qū)面積也更大。他的解決方案是為大型項(xiàng)目制作大量纜繩，而不是大型錨固和系泊系統(tǒng)。

"當(dāng)涉及到大型結(jié)構(gòu)時(shí)，錨固和系泊是關(guān)鍵。"

除了施工技術(shù)和開發(fā)商正在研究的技術(shù)之外，另一個(gè)研究領(lǐng)域是漂浮光伏項(xiàng)目對環(huán)境的影響。由于這項(xiàng)技術(shù)仍然是最新的，因而圍繞FPV電站對水的長期影響的知識仍然匱乏，許多公司正在展開研究。

以葡萄牙電力公司EDP Produção為例，它甚至研究了在葡萄牙的一些最新項(xiàng)目中減少碳足跡的問題，例如其在Alqueva的5MW FPV電站。公司混合了用于浮體的塑料(通常由高密度聚乙烯HDPE制成)與軟木。

EDP的創(chuàng)新總監(jiān)Paulo Pinto表示：“在這個(gè)浮體的制造過程中，我們實(shí)現(xiàn)了30%的軟木比例，公司正在考慮在未來項(xiàng)目中采用這種軟木材料，實(shí)現(xiàn)減排。”

同時(shí)，BayWa r.e.致力于漂浮光伏電站的環(huán)境影響研究，公司在荷蘭在運(yùn)項(xiàng)目中開展研究活動(dòng)以了解FPV安裝后的水體反應(yīng)。到目前為止，結(jié)果是相當(dāng)積極的，沒有發(fā)現(xiàn)對水質(zhì)、水的成分、水溫和水中物種產(chǎn)生負(fù)面影響。

許多開發(fā)商詢問Sungrow FPV是否有可能混合他們的項(xiàng)目(無論是水電、風(fēng)電還是儲能)，主要是與水電項(xiàng)目混合。

Pinto表示，EDP建造的Alqueva漂浮光伏項(xiàng)目是混合項(xiàng)目，它與大壩中的水電站相連并包括了1MW/2MWh的電池儲能。去年，在葡萄牙舉行的以FPV為中心的最新太陽能招標(biāo)中，雖然負(fù)報(bào)價(jià)創(chuàng)下記錄，但展示了使用不同技術(shù)開發(fā)的混合可再生能源項(xiàng)目的潛力。

與Sungrow FPV合作的開發(fā)商普遍關(guān)注的另一個(gè)問題是漂浮平臺的壽命及其可靠性，由于這是一項(xiàng)新興技術(shù)，浮體要能夠抵御長達(dá)25年的不同作業(yè)條件。

不幸的是，過去幾年的技術(shù)改進(jìn)并沒有帶來平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)的下降，這主要是由于結(jié)構(gòu)和材料的原因。

Tagliapietra補(bǔ)充表示，對于BayWa r.e.來說，另一方面，更大的項(xiàng)目、技術(shù)改進(jìn)和規(guī)模經(jīng)濟(jì)可以降低漂浮光伏項(xiàng)目的每kWp成本，但是最終，材料價(jià)格的上漲加上較高的通貨膨脹率會(huì)對整體系統(tǒng)成本產(chǎn)生負(fù)面影響。

"這些因素基本上抵消了我們?yōu)閮?yōu)化成本和布局而采取的技術(shù)改進(jìn)措施。"

多樣化水體的影響

漂浮結(jié)構(gòu)的系泊和錨固方式根據(jù)水體的不同而不同。根據(jù)Hordvik的說法，這是項(xiàng)目啟動(dòng)前的一個(gè)主要考慮因素，大多數(shù)漂浮裝置都很靈活，可以在更多的水體中使用。需要為每個(gè)項(xiàng)目量身定制并優(yōu)化錨固和系泊系統(tǒng)。波高和風(fēng)速都是會(huì)影響錨固和系泊選擇的因素。

根據(jù)Pinto的說法，在大壩里建設(shè)FPV的情況是不一樣的，例如，水位波動(dòng)會(huì)更劇烈。Hordvik表示：“風(fēng)險(xiǎn)更多是與你的項(xiàng)目的位置有關(guān)，而不是規(guī)模。”

Tagliapietra認(rèn)為測深，也就是水深的測量，是對系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工影響最大的水體參數(shù)。"真正發(fā)生改變的是錨固的方式，怎樣鉤住系泊線。如果水底存在特定類型的粘土、沙子或巖石，就會(huì)改變需要使用的錨的類型。" Hordvik稱，根據(jù)錨固類型的不同，系統(tǒng)安裝方式會(huì)出現(xiàn)很大變化。

在開發(fā)錨固解決方案的同時(shí)，BayWa r.e. 還旨在為每個(gè)特定的水體找到解決方案。為了實(shí)現(xiàn)更高的效率，BayWa r.e.不僅著眼于技術(shù)層面，還關(guān)注新的安裝技術(shù)。

Luo表示，水的酸度也需要考慮在內(nèi)。以咸水為例，需要考慮未來25年的防腐情況對漂浮平臺產(chǎn)生的影響。為了彌補(bǔ)這個(gè)問題，在酸性較高的水域，Sungrow FPV已將系泊繩索從鋼鏈材料改為聚合物材料。

海上漂浮電站潛力與前景

至于FPV的下一步，據(jù)Hordvik稱，海上漂浮光伏項(xiàng)目目前仍處于研發(fā)階段，已有數(shù)個(gè)水上試點(diǎn)項(xiàng)目。這些項(xiàng)目都位于荷蘭，由Oceans of Energy公司和Solar Duck公司開發(fā)。還有幾個(gè)項(xiàng)目正處于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。

Hordvik補(bǔ)充表示，為了使海上漂浮光伏可行，目前正在進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬測試與開發(fā)，用于確定如何加固結(jié)構(gòu)，以及可以使用什么樣的錨固和系泊解決方案。

"海上漂浮光伏電站吸引人們的地方在于，他們看到了海上風(fēng)電共址項(xiàng)目的潛力，很多大公司都在真正關(guān)注這個(gè)問題。"

每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)之間需要有一定的距離，漂浮光伏可以加入這些空曠的空間，從而提升項(xiàng)目裝機(jī)容量。像荷蘭這樣的國家已經(jīng)開始要求記錄海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)所需區(qū)域的使用情況。

“這就是這種大型海上風(fēng)電企業(yè)對漂浮光伏如此感興趣的一部分原因。事實(shí)上，因?yàn)橛羞@么大的面積，把漂浮光伏放在中間，你就可以顯著提升風(fēng)電站容量。”

據(jù)Hordvik稱，項(xiàng)目共址的另一個(gè)好處是，共享基礎(chǔ)設(shè)施和電力會(huì)有助于降低離岸FPV的成本。此外，目前海上FPV作為一個(gè)獨(dú)立項(xiàng)目是非常昂貴的，因?yàn)楸仨氁顾慕Y(jié)構(gòu)比在有遮蔽的湖泊中的結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固。

他表示："我們相信，與海上風(fēng)電共址可以成為海上漂浮光伏的第一塊商業(yè)墊腳石，一個(gè)獨(dú)立的海上FPV需要補(bǔ)貼才能具備商業(yè)可行性。”

如果說到目前為止，亞洲一直是漂浮光伏裝機(jī)容量乃至技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力量，那么歐洲正在通過海上FPV項(xiàng)目及其研發(fā)處于這一領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。這與大多數(shù)大型海上風(fēng)電開發(fā)商都位于歐洲分不開，這些開發(fā)商也一直是資助海上漂浮光伏研究的關(guān)鍵力量。

隨著海上漂浮項(xiàng)目研究的推進(jìn)和潛力的不斷提升，越來越多的國家致力于增加可再生能源容量，為需要安裝太陽能光伏的場地提供便利條件，因而漂浮光伏有望實(shí)現(xiàn)整體加速增長。

"這是一項(xiàng)智能技術(shù)，我們已經(jīng)做了很多初步測試?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好擴(kuò)大規(guī)模并加以改進(jìn)，越來越多的人正在睜大眼睛，看到漂浮光伏的潛力。"