美國的米德湖和鮑威爾湖,是科羅拉多河上的兩座大型湖泊水庫。由于長時間的干旱和無節(jié)制的用水,這兩座湖泊正在不斷萎縮,其實,湖泊萎縮還有一個重要原因,就是湖面長年的水量蒸發(fā)。美國的研究人員正在尋求一種方法,既減少炎炎烈日造成的湖面蒸發(fā),又能將太陽能轉(zhuǎn)換成其他能源,供人類使用?,F(xiàn)在,美國的米德湖和鮑威爾湖出現(xiàn)了一種被稱為“浮動光伏”的太陽能光電板,這就是研究人員的解決方案,在湖面上安裝“浮動光伏”太陽能光電板,既能減少干旱地區(qū)的湖面蒸發(fā),又能將太陽能轉(zhuǎn)換為清潔的電能,同時,也減少了常規(guī)光伏發(fā)電所占用的陸地面積,真是一舉多得。
在湖面上安裝“浮動光伏”太陽能光電板,能夠?qū)崿F(xiàn)能源采集和環(huán)保的雙贏局面,早已在世界清潔能源市場上占有一席之位?,F(xiàn)在,世界上許多國家都在進行這方面的研究,例如澳大利亞、巴西、英國、印度、日本、南非、韓國、美國等。但是,美國在米德湖和鮑威爾湖上的研究,無論是在節(jié)水效益方面,還是在發(fā)電效益方面,都是首屈一指的。
根據(jù)美國農(nóng)墾局的估計,米德湖每年因蒸發(fā)而損失掉的水量約為8億立方米,接近科羅拉多河年平均徑流量的6%。而鮑威爾湖每年蒸發(fā)量,再加上滲漏等水量損失,大約有8.6億立方米。由于“浮動光伏”太陽能板能夠減少湖面蒸發(fā)造成的水量損失,因此,在湖面上安裝“浮動光伏”太陽能板具有顯著的節(jié)水效應(yīng)。美國米德湖和鮑威爾湖的研究結(jié)果表明,湖面安裝太陽能光電板,能夠減少該區(qū)90%以上的湖面水量蒸發(fā)。
從湖面“浮動光伏”發(fā)電的設(shè)計和建設(shè)來看,“浮動光伏”太陽能板還是具有明顯效益的,因為,現(xiàn)在安裝的“浮動光伏”太陽能板所占湖面面積,只是整個湖面的一小部分,但是,卻能提供充足的電能。如果米德湖湖面6%的面積安裝太陽能光電板,將會產(chǎn)生至少3400兆瓦電能,比該湖的胡佛水電站裝機容量2074兆瓦的輸出功率還要高。
利用浮動太陽能板進行光伏發(fā)電,將會緩解美國西南部能源短缺的狀況,成為可再生能源的主要方式,至少是美國胡佛水電站供電的重要補充。
在湖面進行的“浮動光伏”太陽能發(fā)電,一個關(guān)鍵的賣點在于,與一般在沙漠地面進行的光伏發(fā)電相比,湖面光伏發(fā)電能夠確保光伏板的半導(dǎo)體元器件處在相對較低的溫度下,這是提高光伏發(fā)電能源轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵,在相對較低的溫度下,光伏發(fā)電效率會顯著提高,光伏電池的性能也會增強。在澳大利亞的詹姆斯敦地區(qū),研究人員的研究表明,在污水處理池水面上所進行的光伏發(fā)電,與在炎熱地表進行的光伏發(fā)電相比,光電轉(zhuǎn)換效率提高了50%。
在美國的內(nèi)華達州、亞利桑那州和猶他州,許多人都喜歡在米德湖和鮑威爾湖上進行劃船、釣魚、潛水和游泳等活動。對他們來說,如果湖面上堆滿了太陽能光電板,可能會妨礙他們的娛樂休閑活動。此外,一些水文專家和環(huán)保主義者一致呼吁,鮑威爾湖應(yīng)該向格倫峽谷提供水源,并建議鮑威爾湖的水源分配一些給米德湖。在這種情況下,鮑威爾湖的水量就顯得極為珍貴,為減少湖面蒸發(fā),在湖面的部分面積安裝太陽能發(fā)電板,可能是一個更為聰明的選擇。
日本在湖面光伏發(fā)電方面,一直走在世界的前列。剛開始,日本的湖面光伏發(fā)電規(guī)模并不是很大,在該國兵庫縣的兩座水庫上安裝了“浮動光伏”發(fā)電板,為920戶家庭供電。現(xiàn)在,日本的“浮動光伏”項目建設(shè)的規(guī)模正在擴大。在千葉縣水庫,人們正在湖面上建設(shè)一座大型“浮動光伏”發(fā)電場,預(yù)計到2018年完成,屆時將為近5000戶居民提供電能。與美國相比,日本的氣候相對溫和,防止湖面水量蒸發(fā)似乎并沒有美國西南部那么重要,但是,把太陽能發(fā)電板安裝在湖面上,節(jié)省了日本陸地面積的占用,這對日本這個土地資源稀缺的國家來說,十分有戰(zhàn)略意義?!案庸夥卑l(fā)電在日本這個國家還有一個重要意義,那就是自從福島核電站事故后,人們一直在尋找替代核電的其他能源方式,而“浮動光伏”發(fā)電的出現(xiàn),正是一種理想的選擇。
在巴西亞馬孫河流域的一座水庫,人們也安裝了“浮動光伏”太陽能發(fā)電板,該流域面積2300平方公里的熱帶雨林地區(qū),在幾十年前曾因軍方建設(shè)巴爾比納大壩,而發(fā)生流域性大洪水,數(shù)以百萬計的樹木和一些房屋、豬場被洪水淹沒。今天,由于長時間的流域干旱,河流流入巴爾比納水庫的水量有限,大壩的蓄水只有正常水平的1/5,水電站的發(fā)電嚴重不足。
不過,該水庫的“浮動光伏”太陽能發(fā)電,將會彌補水電的不足,在試驗階段,一個5兆瓦的“浮動光伏”太陽能光電板組,將會安裝于約5個足球場面積的湖面,產(chǎn)生的電能足夠供9000家用戶使用。以后,如果一切順利,規(guī)劃者希望建設(shè)一個3000兆瓦的“浮動光伏”發(fā)電項目,足夠為54萬巴西用戶提供電能。
在印度,一個領(lǐng)航性安裝試驗,在加爾各答郊區(qū)的一個湖面上進行,開發(fā)商正試圖在喀拉拉邦的湖泊上安裝更大的“浮動光伏”太陽能發(fā)電廠。在美國加州的索諾瑪縣,污水處理池的水面上也正在配備浮動光伏太陽能板陣列。而在英國,歐洲最大的太陽能“浮動光伏”發(fā)電項目,即將在倫敦外的英國女王伊麗莎白二世水庫完成。另一個湖面光伏發(fā)電正在曼徹斯特附近一個水庫上進行。目前,在日本,湖面光伏發(fā)電備受關(guān)注。
美國西南部土地廣闊,隨著太陽能開發(fā)者在內(nèi)地尋求到合適的位置開發(fā)太陽能,太陽能產(chǎn)業(yè)將會減少在沙漠地區(qū)的開發(fā)力度。在加州,可再生能源的倡導(dǎo)者和環(huán)保主義者,一直反對在沙漠地區(qū)開發(fā)大型太陽能站點。
在米德湖和鮑威爾湖進行的“浮動光伏”太陽能發(fā)電,也許無法取代存在于加州西南地區(qū)的陸上太陽能發(fā)電,但可以解決沙漠生態(tài)系統(tǒng)的一些問題。
我們正在面對全球氣候變暖所造成的累積性影響,在一個變暖的氣候條件下,確保人類的水需求和供水平衡,將特別具有挑戰(zhàn)性。在美國西南干旱地區(qū),減少湖面蒸發(fā)造成的水量損失應(yīng)該是一個廣泛節(jié)水戰(zhàn)略的重要組成部分。湖面“浮動光伏”太陽能發(fā)電,能夠遏制水資源的浪費,同時可減少溫室氣體的排放。