SABIC推动浮动式水上光伏技术发展

发表于: 2021年5月28日

光伏发电是一种非常清洁的发电方式。然而,在日照最为充足、光伏发电效率本应最高的许多热带国家,光伏电站的成本效益却不尽如人意。SABIC凭借各种热塑性塑料的全球生产能力和应用开发及技术支持服务,正在帮助改变这一现状,助力光伏电站提高发电效率。

太阳能电站是传统发电站在光伏发电领域的主要形式。一座太阳能电站通常由数百甚至数千块太阳能电池板组成,为无数家庭和企业提供大量电力,因此太阳能电站不可避免地需要庞大的空间。但在印度和新加坡等人口密集的亚洲国家,可用于建设太阳能电站的土地却非常稀缺或很昂贵,有时两者兼有之。

解决这一难题的方法之一就是将太阳能电站建造在水面上,通过使用浮体架台支撑电板,并将所有电板连接在一起。这些浮体架台采用中空结构,由吹塑工艺制成,成本相对较低。可以将其想象为一个由坚固的硬质塑料制成的水床网。这类漂浮式光伏电站合适的选址包括天然湖泊、人造水库以及废弃的矿井和坑洞等。

根据世界银行2018年发布《当太阳遇见水——水上光伏市场报告》(Where Sun Meets Water, Floating Solar Market Report),在现有水电站,尤其是可以灵活操作的大型水电站中,安装水上太阳能发电设施十分有意义。报告认为,安装太阳能电板可提高水电站的发电量,同时也能在枯水期灵活管理电站,使其更具成本效益。报告指出:“在电网不发达的地区,如撒哈拉以南的非洲和部分发展中亚洲国家,水上太阳能电站可能具有特别的意义。”

漂浮式水上太阳能电站不仅使用的是闲置的空间,而且可能比陆上太阳能电站的发电效率更高,因为水能够冷却光伏面板,从而提高其发电能力。其次,光伏电板有助于减少水的蒸发量,当水有其他用途时,这就成为了一大优势。随着水资源的日益珍贵,这种优势将愈发明显。此外,水上太阳能电站还可以通过减缓藻类生长来改善水质。

水上太阳能电站的建设成本通常低于陆上电站。例如,由于无需土地平整或打地基等对于陆上电站所必须的主要场地准备工作,水上太阳能电站建设投资可大幅减少。在锚定和系泊要求不高的水面,太阳能电站的安装和部署流程十分简单,且高度模块化,从而能更快地启用。

水上太阳能电站如今已成为现实。事实上,第一座用于测试目的的水上光伏电站于2007年在日本建成,而第一座商用电站也于2008年在加利福尼亚的一个水库上安装完成,额定功率为175千瓦。目前,水上光伏电站的建设速度不断加快:第一座10兆瓦级电站在2016年安装成功。截至2018年,全球水上光伏系统的总装机容量为1314兆瓦,而七年前仅有11兆瓦。

根据世界银行的数据,世界上有超过40万平方公里的人造水库,这意味着纯粹从可用面积的角度来看,水上太阳能电站理论上拥有着太瓦级的装机潜力。报告指出:"基于可用人造水面资源计算,保守估计全球水上太阳能电站的装机容量可超过400吉瓦,这相当于2017年全球累计光伏装机容量。”继陆上电站和建筑一体化光伏系统(BIPV)之后,水上太阳能电站已成为第三大光伏发电方式。

SABIC已经开发了适用于水上浮体架台的聚乙烯和聚丙烯牌号以及基于这些材料的化合物,可保证水面上的浮体架台在长期使用中稳固地支撑太阳能电板。这些材料对紫外线辐射带来的降解有很强的抵御能力,对于这种应用无疑十分重要。在根据国际标准进行的加速老化测试中,它们的抗环境应力开裂(ESCR)能力超过3000小时,这意味着在现实生活中,它们能持续工作25年以上。此外,这些材料的抗蠕变性也非常高,保证部件在持续的压力下不会拉伸,从而保持浮体架台的牢固性。

目前已安装的水上光伏系统一般使用主浮体和副浮体,其体积从50升到300升不等。这些浮体是用大型挤压-吹塑(EBM)设备生产的。加工商要求树脂具有合适的流动特性(MFR),易于在机器上加工,并需确保各批次的一致性。

终端应用可能要求浮体能耐受低至-60°、高至+80°C的环境温度。除了持续暴露在阳光下的抗紫外线能力外,它们还必须能耐受与水的长期接触,因而需要良好的密闭性,且不能影响水质(即没有浸出风险)。

SABIC专门为水上光伏系统的浮筒开发了高密度聚乙烯牌号SABIC B5308,可满足以上所有加工和使用中的性能要求。该牌号产品已获得多家专业水上光伏系统企业的认可。HDPE B5308是一种多重模态分子量分布的高分子材料,具有特殊的加工和性能特点。它具有出色的ESCR(抗环境应力开裂性)、优异的机械性能、以及能够在韧性和刚度之间实现良好平衡(这在塑料中并不容易实现),并且使用寿命长,易于吹塑成型加工。

随着清洁能源生产压力的加大,SABIC预计浮动式水上光伏电站的装机速度将进一步加快。目前,SABIC已经在日本和中国开展浮动式水上光伏电站项目。SABIC相信,其聚合物解决方案将成为进一步释放水上光伏(FPV)技术潜力的关键。


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