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。這種電站可以節約大量土地資源，通過水分蒸發的降溫效應增加光伏板發電效率，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電潛力?

南方科技大學環境科學與工程學院副教授曾振中與合作者研究發現，若在全球11萬座水庫鋪設30%面積的漂浮式光伏(FPV)系統，每年潛在發電量為9.43萬億度，是目前水力發電的兩倍多;同時還能減少水分蒸發1000億立方米，相當于3億人的年用水量。相關論文近日發表于《自然-可持續發展》。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現，FPV發電潛力最高的區域集中在美國、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。

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，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，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附近，但即使在所有水庫上以30%的覆蓋率開發FPV，其發電量也僅相當于城市需求量的5%。

我國近年來陸續建成多個水上FPV項目，其中不乏成為業界典范代表的。如安徽淮南在采煤塌陷區修建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，大大改善了水體環境;浙江象山在灘涂地帶建有光伏板，每年發電量高達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系統造成損害，如降低魚類產量等。

2022年5月，水利部印發《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，通過合理的開發和應用，水庫FPV可以為能源發展和水安全作出重要貢獻，但這需要嚴格的環境評估和監測。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。

發展中國家潛力巨大

在國內開發項目的同時，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發電項目，年發電量達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，發展中國家具有較大的FPV發展潛力。數據分析表明，40個發展中國家的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FPV完全滿足。在印度北方邦的一個偏遠地區拉利特布爾，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展中國家，FPV是一種可行的技術方案。”曾振中表示，全球FPV產業正在快速發展，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。

“大規模水上光伏應用在世界上大多數地區仍處于起步階段。考慮到成本和環境影響，我們建議優先開發FPV和水力發電混合的可再生能源項目。”曾振中說。

審稿人評價稱：“該研究提供了一個概念性的理論框架，探索水庫FPV發電在全球能源生產和節水方面的潛力，有助于為實現可持續發展提供路徑。”

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41893-023-01089-6