近年來，一種在水庫、湖泊、池塘等水面修建的漂浮式光伏電站悄然興起。這種電站可以節(jié)約大量土地資源，通過水分蒸發(fā)的降溫效應增加光伏板發(fā)電效率，靠近人口中心從而降低輸電成本。

那么，這種看起來很美好的水庫漂浮式光伏電站究竟有多大發(fā)電潛力？

南方科技大學環(huán)境科學與工程學院副教授曾振中與合作者研究發(fā)現，若在全球11萬座水庫鋪設30%面積的漂浮式光伏（FPV）系統，每年潛在發(fā)電量為9.43萬億度，是目前水力發(fā)電的兩倍多；同時還能減少水分蒸發(fā)1000億立方米，相當于3億人的年用水量。相關論文近日發(fā)表于《自然-可持續(xù)發(fā)展》。研究人員同時指出，需要進行額外的研究評估其潛在的長期后果。

合理開發(fā)水上漂浮式光伏

通常來說，越接近赤道，太陽能潛力越大，但結合水庫數量和規(guī)模，擁有大量水庫群的非熱帶國家具有較大FPV潛力。

研究人員從3個全球水庫數據庫收集了超11萬座水庫的信息，并基于氣候驅動的光伏性能模擬模型分析發(fā)現，FPV發(fā)電潛力最高的區(qū)域集中在美國、巴西東部、葡萄牙、西班牙、南非北部、津巴布韋、印度和中國東部部分地區(qū)。

其中，美國潛力最大，但目前FPV技術在該國并未普及。相比之下，日本、新加坡、韓國等國家由于國土面積狹小，對水上光伏的興趣更加強烈。日本早在2007年就建起全球第一座水上FPV電站，是目前世界上應用FPV最多的國家。中國有超1.5萬座水庫具有開發(fā)FPV的潛力，數量位居世界第二，每年可產出1萬億度電。

但論文第一作者、南方科技大學環(huán)境科學與工程學院碩士研究生金宇斌告訴《中國科學報》，中國大多數水庫位于低輻射通量地區(qū)，導致單位面積能量轉換率較低。從技術潛力上看，在太陽輻射通量較高的西部地區(qū)，水庫漂浮式太陽能電站可以完全滿足一些城市的用電需求，而對中部和南部地區(qū)來說其產生的電遠遠不夠。

以1700萬人口的深圳為例，73座水庫總面積39平方公里，全部位于電力需求高且電網基礎設施完善的地區(qū)附近，但即使在所有水庫上以30%的覆蓋率開發(fā)FPV，其發(fā)電量也僅相當于城市需求量的5%。

我國近年來陸續(xù)建成多個水上FPV項目，其中不乏成為業(yè)界典范代表的。如安徽淮南在采煤塌陷區(qū)修建FPV電站，由于太陽能板吸收大量熱量，抑制了池塘內藻類的繁殖，大大改善了水體環(huán)境；浙江象山在灘涂地帶建有光伏板，每年發(fā)電量高達3.5億千瓦。

不過，在水庫建設FPV電站還存在一些問題。有研究表明，水溫的降低可能對生態(tài)系統造成損害，如降低魚類產量等。

2022年5月，水利部印發(fā)《水利部關于加強河湖水域岸線空間管控的指導意見》，明確指出光伏電站、風力發(fā)電等項目不得在河道、湖泊、水庫內建設。在湖泊周邊、水庫庫汊建設光伏、風電項目的，要科學論證、嚴格管控。

對此，曾振中表示，通過合理的開發(fā)和應用，水庫FPV可以為能源發(fā)展和水安全作出重要貢獻，但這需要嚴格的環(huán)境評估和監(jiān)測。在人工水庫，尤其是礦山、污水處理廠等退化土地上安裝FPV系統更為安全。

發(fā)展中國家潛力巨大

在國內開發(fā)項目的同時，FPV走出了國門。

2022年12月6日，中國和泰國合作修建的FPV項目并網。這是泰國目前最大的FPV發(fā)電項目，年發(fā)電量達9500萬度。此前，中泰雙方在詩琳通大壩水電站修建的水上光伏項目已投入商業(yè)運營，裝機量達到58.5兆瓦，每年可以減少4.7萬噸二氧化碳排放。

該研究再次證實，發(fā)展中國家具有較大的FPV發(fā)展?jié)摿?。數據分析表明?0個發(fā)展中國家的FPV潛力大于當前的年度電力需求。

例如，巴西作為南美洲最大的經濟體，每年的電力需求高達538太瓦時，但可通過開發(fā)FPV完全滿足。在印度北方邦的一個偏遠地區(qū)拉利特布爾，12個水庫面積共217平方公里，通過FPV每年可產生10太瓦時的發(fā)電量，比當地需求量高出一個數量級。津巴布韋、老撾、埃塞俄比亞、喀麥隆、緬甸和蘇丹等6個擁有豐富水庫的國家FPV發(fā)電潛力比目前的電力需求高3~10倍。

尤其在非洲，由于安裝FPV所帶來的電力供應和節(jié)水效益能夠同時緩解當地能源和水資源短缺問題，目前有很多研究關注非洲水庫開發(fā)FPV的可行性和潛力。一項研究估計，FPV總覆蓋面積不到總水庫面積的1%，可使非洲現有水電站的產能增加58%，年發(fā)電量增加46太瓦時，年水損失減少7.43億立方米。

“這表明在許多太陽能資源豐富的發(fā)展中國家，FPV是一種可行的技術方案?！痹裰斜硎?，全球FPV產業(yè)正在快速發(fā)展，建設成本也在逐步降低。考慮到土地價值和協同效益，隨著時間的推移，FPV可能更經濟。

“大規(guī)模水上光伏應用在世界上大多數地區(qū)仍處于起步階段?？紤]到成本和環(huán)境影響，我們建議優(yōu)先開發(fā)FPV和水力發(fā)電混合的可再生能源項目。”曾振中說。