Плаващи соларни централи

Плаващите фотоволтаични централи са новият хит в света на възобновяемата енергия. Наричани за кратко FPV, те представляват соларни паркове от слънчеви панели, закрепени на повърхността на водни тела – например езера, язовири и морета. От водата се охлаждат, работят по-ефективно, а и лесно се съчетават с ВЕЦ. Някои проекти включват хиляди панели за генериране на стотици мегавати. Плаващите фотоволтаични системи не покриват изцяло водните басейни. Колкото и да е голям плаващият соларен масив, той покрива само малък процент от наличната водна повърхност.

Текст: списание Енергия

снимка: Плаваща PV централа на язовир Агонгдиан, Тайван

Плаващите фотоволтаични централи често се сочи като „третият стълб“ на глобалния PV пазар. Местни проекти за проучването на потенциала на тази технология в момента са на ход в повече от една трета от всички страни по света. Оценки на различни анализатори показват, че сега има около 400 подобни електроцентрали в експлоатация в повече от 40 страни, с общ капацитет над 3 гигавата. През следващите четири години, според прогнозите на експертите, плаващият фотоволтаичен капацитет ще бележи годишно увеличение от повече от 20 процента в световен мащаб, като две трети от този растеж се очаква на пазара в Азия.

Обещаващ пазар

Глобалният FPV парк се очаква да се разраства стабилно, тъй като недостигът на земя и нарастващите разходи за земя за наземните фотоволтаични проекти продължават да притискат фотоволтаичната индустрия. До 2031 г. се очаква годишният ръст на FPV капацитета да надхвърли прага от 6 гигавата, според изследователската компания Wood Mackenzie. Тя не е единствената, която вижда голям потенциал. Според S&P Global, глобалното търсене на плаващи фотоволтаични мощности ще достигне до 14 GW до 2026 г.

Прогнозите говорят още, че петнадесет държави ще имат по над 500 MW кумулативен FPV капацитет до 2031 г. Китай, Индия и Индонезия, които съставляват почти 70% от общото търсене на FPV през 2022 г., ще останат водещи играчи. И още: WoodMac очаква FPV да има стабилен пазарен дял в сравнение с общото глобално търсене на слънчева енергия. Поради това комбинираният годишен темп на растеж за FPV се очаква да се движи около 15% през периода 2022-31 г.

Фактори

Основен фактор за развитието на плаващите фотоволтаични системи е високата цена и най-вече недостигът на земя за соларни масиви. Търсенето на терени за нови PV централи все по-често се сблъсква с интересите на селското стопанство. Там, където могат да се отглеждат хранителни култури, обичайно не може да се строят електроцентрали. Конфликтът с използването на земите е сериозен, защото земеделието вече вижда PV централите като „нарастваща заплаха“ за своите територии.

От друга страна фотоволтаичните централи, разположени върху водни обекти, имат по-добра ефективност. Това се обяснява с подоброто им охлаждане благодарение на водата отдолу. Повишената ефективност може да е само с няколко процентни пункта, но в мащаб това е достатъчно, за да се говори за осезаемо повишен капацитет. Освен охлаждането, налице е и още един фактор за повишената ефективност – самата подредба на соларните модули. Има данни, че на равната повърхност те могат да генерират повече мегавати, отколкото своите наземни „колеги“.

Самото оползотворяване на водните повърхности е сред причините да се мисли за поставяне на фотоволтаици по повърхността. Има езера, които се използват за рекреационни дейности, за спортни бази, за риболов и рибовъдни стопанства, но има и много такива, които са просто „гола вода“ например изоставени въглищни мини, кариери за инертни материали и др. Това не е всичко. Помагайки за намаляване на изпарението, плаващите соларни централи играят полезна роля в опазването на самите водни тела – запазват обема на водата в тях. Твърди се още, че засенчването от плаващите фотоволтаици може да намали цъфтежа на водораслите, което се възприема като нещо полезно за здравето на екосистемите.

Регионални различия

FPV пазарът е белязан от драстични регионални различия. Азиатско-тихоокеанският регион засега изглежда най-активен и се очаква да продължи да води търсенето. Тази част от света имаше приблизително 3 GW плаващи слънчеви проекти през 2022 г., което е над 90% от световния FPV пазар! Китай ще продължи да води в плаващите слънчеви инсталации, предвиждат пазарните наблюдатели. Заедно с това активно се градят плаващи централи в Индия, Индонезия, Южна Корея, Виетнам, Тайван, Тайланд.

С почти 150 MW Европа е вторият по големина регион от FPV пазара. Нидерландия, представляваща 32% от европейския FPV сектор през 2022 г., е най-добрият разработчик на FPV проекти в Европа, следвана от Франция. Нидерландия е и дом на най-големия FPV проект извън Азиатско-тихоокеанския регион – плаващият соларен парк „Sellingen“ с мощност 41,4 MW, който влезе в експлоатация през 2021 г.

Гигавати върху вода

Самият мащаб на плаващите фотоволтаични централи расте с неудържими темпове. В края на 2021 г. Китай инсталира 320 MW плаваща фотоволтаична инсталация на един от язовирите в страната. В Индонезия бе построена плаваща слънчева електроцентрала от 145 MW на язовир „Сирата“. Но това е само „опипване“. Някои от текущите проектите за плаващи соларни панели са в пъти по-мащабни.

Има предложение за плаваща слънчева ферма с мощност 2,1 гигавата в приливната равнина на брега на Жълто море в Южна Корея, която ще съдържа пет милиона слънчеви модула върху площ от 30 квадратни километра! Този дързък план в момента е обект на дебат за новото правителство в Сеул. Други проекти с гигаватов мащаб също са на прага на реализацията си в Индия и Лаос, както и в Северно море, край бреговете на Холандия. Подобни мащаби може и да не са чак толкова изненадващи, като се има предвид, че неоползотвореният потенциал е огромен.

Тераватов потенциал

През март 2023 г. стана ясно, че международна група от изследователи е изчислила потенциала за плаваща слънчева енергия по целия свят. Резултатите показват потенциал за генериране от 9 434 TWh годишно в 114 555 глобални водни тела, при положение, че 30% от площта им е покрита с фотоволтаика. Съединените щати са посочени като територия с най-голям потенциал от 1911 TWh на година, следвани от Китай с 1107 TWh на година и Бразилия с 865 TWh на година.

Проучването разглежда само глобални водни тела, по-големи от 0,01 кв. км, като 30% от тяхната площ е покрита. Учените са използвали три глобални бази данни, за да филтрират отговарящите на условията водни обекти. Така са стигнали до извода, че в света има общо 114 555 места, които отговарят на критериите, с обща площ от 554 111 кв. км. От тях 2561 обекта вече имат някакво съществуващо производство на електроенергия, съответно разполагат с мрежова инфраструктура.

Това проучване се сочи като най-реалистичното досега, защото е технически добре издържано. Отчетени са климатичните условия и спецификациите на конкретния използван фотоволтаичен модул и инвертор. За целите на анализа е взет соларен панел е с мощност 235 W и 18,6% ефективност, с 240 V инвертор. Няколко други анализа, които не са свързани с този и помежду си, също загатват за потенциала на FPV. Така например според датски изследователи, Европа има потенциал за 25 GW капацитет при използване на вътрешните си води и 45 GW в морето. Центърът за слънчеви енергийни системи (ISE) при института „Фраунхофер“ в Германия е изчислил, че изкуствените езера в бившите въглищни мини само в Германия имат техническия потенциал за разполагане на до 56 GW плаващи PV.

Слънчева и водна енергия накуп

Плаващите слънчеви проекти са обещаващи, но стават особено по-привлекателни, когато могат да бъдат изградени върху водни тела в близост до водноелектрически централи със съществуващи преносни линии. В страните, които има инсталации за водноелектрическа енергия, вече „има опасения как изглежда производството на електроенергия по време на засушаване“. Този въпрос започва да става остър на фона на изменението на климата, при което ставаме свидетели на повече екстремни метеорологични явления.

На фона на зачестяващите засушавания FPV е все по-ценна опция за добиване на възобновяема енергия на местата на ВЕЦ. Когато водните ресурси намаляват заради жегите, фотоволтаиците на повърхността продължават да генерират електричество през всеки от сухите летни дни, компенсирайки спада на капацитета на ВЕЦ съоръженията по време на много сухи сезони. Съчетаването на ВЕЦ и плаваща соларна централа има и друго предимство: вече са налични необходимите електропреносни системи, точки за свързване, цялата необходима инфраструктура за изпращане на добитото електричество към потребителите.

Още по-интригуваща е перспективата за комбиниране на плаващи фотоволтаици с водни турбини и вълнови генератори. Наскоро консорциум от сингапурски университети и компании се зае да експериментира с тази идея и планира изграждането на пилотна система с най-малко 100 MW капацитет. Плаващият соларен масив ще бъде съчетан с подводни турбини за добив на енергия от приливите и отливите, както и офшорни вятърни турбини. В Китай пък неотдавна заработи подобна инсталация - 100 MW плаваща фотоволтаична централа в комбинация със съществуваща 4,1 MW система за приливна енергия в китайската провинция Жейянг. Приливната турбина е стара – построена още през 1980-те години. Сега към нея се прилагат плаващи фотоволтаици, които са двулицеви, а фирмата-оператор използва дронове за инспекция на масива в съчетание със система за диагностика с изкуствен интелект.

Сценарии на комбиниране

Плаващи фотоволтаици върху ВЕЦ – това е една от най-добрите комбинации, при което язовир с водноелектрическа централа може да се оборудва с покритие с фотоволтаици. Подобни проекти се изграждат лесно, защото вече съществува необходимата преносна инфраструктура. Често пъти и разрешителните позволяват добавянето на още капацитет. Плаващите фотоволтаици върху изоставени открити мини са друга голяма възможност за индустрията. Тези колосални изкопи обикновено се превръщат в езера, които обаче нямат стойност от гледна точка на биологично разнообразие или пък туризъм.

За сметка на това те са интересни за изграждане на плаващи соларни паркове. Ефективен сценарий, който привлича все повече интерес, са комбинациите от плаващи соларни системи и аквакултури. Това означава, че соларният масив може да захранва дейността на рибовъдно стопанство, а излишното електричество да се подава към мрежата. Наскоро в Норвегия бе разработена такава плаваща слънчева система с 290 kW капацитет - във водите на ферма за отглеждане на сьомга. Пак там бе построена и 160 kW плаваща соларна инсталация върху рибовъдна ферма за треска.

FPV за земеделието също е привлекателен вариант. Доказват го няколко проекта на общности в различни части на света, кото използват плаващи фотоволтаици в езера и язовири, за да захранват помпени съоръжения за поливане. Такъв пример има в Испания, в провинцията Уелва, където 1,6 MW плаващ фотоволтаичен парк се използва за „соларно изпомпване“ на вода за местните земеделски насаждения.

Едно от най-вълнуващите решения за изграждане на плаващи фотоволтаични централи е използването им за обезсоляване на морска вода. Това е опция, която е особено ценна в регионите с недостиг на сладка вода. Плаващите PV инсталации могат да захранват обезсоляващи съоръжения, които черпят вода от същите водни тела, върху които плуват фотоволтаиците. Пречистената вода може да се използва за поливане на земеделски насаждения или за битови нужди.

Предизвикателства

Най-значимата бариера пред по-широкото приемане на FPV технологията в момента е цената. По-скъпо е да се изгради плаващ масив, отколкото инсталация с подобен размер на сушата. Според някои източници, разходите за разработка на FPV са с 10-12% по-високи от сравнимите наземни проекти, а някои говорят и за по-висо процент. Все пак фактът, че с повисоките разходи идват и някои предимства – най-вече пасивното охлаждане чрез водните тела и подобряването на ефективността – дава надежда, че по-високата цена може да се компенсира до голяма степен.

По-високи са и разходите за поддръжка на подобно съоръжение. Контактът с вода означава, че понякога слънчевите панели може да са са по-податливи на повреди, особено ако се намират в солена вода. В същото време необичайното им място и по-трудният достъп означава по-висока стойност на дейностите по инспекция и ремонт. Ураганите и екстремните климатични явления също са предизвикателство. До момента има няколко случая на увреждане на FPV заради бури. Като част от опитите за справяне с бурите и ураганите някои разработчици експериментират с потопяеми слънчеви панели.

Идеята е масивите да се потопят под повърхността на водата, докато премина стихията, след което отново да „изплуват“ отгоре. Постоянно променящите се водни нива на водните обекти също са предизвикателство за инженерите. Те са в постоянно търсене на констукции, които да могат лесно да позволят фиксиране на панелите при различни нива на водата. Липсата на стандартизация е друго предизвикателство за сектора. Някои специалисти настояват, че има нужда от стандарти и най-добри практики за проектиране, разработване и експлоатация на плаващи слънчеви фотоволтаични системи.

Липсата на подобни стандарти може да доведе до забавяне на проекти и възникване на пречки при издаването на разрешителни и оторизацията на проекти с комунален мащаб. Неясното въздействие на плаващите фотоволтаици върху водната екосистема също могат да представляват предизвикателство. Макар че намаляването на изпарението се сочи като плюс, някои научни анализи говорят за намаляване на водната температура, което може да се отрази на водните организми в езерата и язовирите. Намаляването на количеството кислород заради намаления контакт на повърхността с въздуха също трябва да се има предвид – такъв ефект е наблюдаван при някои инсталации. Възможно е и да се получи проникване на опасни химически съединения във водата, предупреждават учените.