Плавальны сонечны на рэзервуарах
Humanity has already flooded more than 400,000 square kilometres behind dams. Floating solar asks a simple question: why leave all that sunlit water empty?
Dietmar Rabich (CC BY-SA 4.0)
Водасховішча — вялікая, плоская, адкрытая, сонечная паверхня, звычайна ўжо злучаная з дарогамі, сеткай і, на гідраэлектрастанцыі, электрычнай лініяй. Плавальныя фотаэлектрычныя (FPV) усталёўваюць звычайныя сонечныя панэлі на пластыкавых плавучых прыстасаванні, якія замацаваныя да дна або банкаў. It has grown from a handful of kilowatt-scale pilots between 2007 and 2013 to plants of hundreds of megawatts.
У ёй адзначаецца, што: «Усе рэчы, якія маюць непасрэднае дачыненне да жыцця і дзейнасці чалавека, з’яўляюцца яго часткай; яны не могуць быць выкарыстаны для стварэння або знішчэння іншага прадмета». Усе гэтыя рэчы, як і іншыя, якія з’яўляюцца часткай чалавечага цела, маюць свае асаблівасці і асаблівасці развіцця, але не аднолькавыя.
Што гэта
Плаваючая сонечная электрастанцыя складаецца з чатырох частак: панэлі і інвертары (такія ж, як на зямлі), Змяніць (звычайна высокага шчыльнасці поліэтыленавыя понтоны, якія трымаюць панэлі на нізкім накірунку), праходы для падтрымкі, і мацавання: каноэ, ланцугі і якарныя або берагавыя вязкі, якія трымаюць востраў на месцы пры ўздыме і падзенні ўзроўню вады і пры віхравым ціску. У перыяд з ліпеня па верасень на плаву ў басейне ракі або на беразе возера.
Большасць заводаў размяшчаюцца на штучных вадаёмах: гідраэлектрастанцыі і вадасховішчы, палівальных азёры, затапленыя каменна-руднікі і шахты, сцёкавыя лагуні. У перыяд міжваеннага і пасляваеннага перыядаў у горадзе была створана новая, больш сучасная інфраструктура. The World Bank’s market report counted more than 400,000 km² of man-made reservoirs worldwide.
Як гэта працуе
Такія ж панэлі, такое ж сонечнае святло. Плаваючая панэль вырабляе электрычнасць так жа, як і на даху або ў полі: магутнасць прыкладна P = η × A × G, эфектыўнасць множыцца на плошчу разоў сонечнае святло. Змяняецца і асяроддзе.
Cooling. Panels lose about 0.4% of their output for every degree they warm above 25 °C (see PV-thermal for the physics). Тэмпература панэлі вызначаецца балансам: сонечнае святло награвае яе, а вецер і радыяцыя астуджаюць. Інжынеры пішуць гэта як T_module = T_air + G / U, дзе U — каэфіцыент страты цяпла ў ватах на квадратны метр на кельвін. У верхняй частцы возера вада больш цёплая і вільготная, а ў ніжняй частцы — халоднейшая і больш сухая. Field tests found the best floating designs raised U by up to 22 W/m²K compared with reference systems, made panels 3.2 °C cooler in the Netherlands and 14.5 °C cooler (compared with a rooftop system) in Singapore, and gave up to 3% and 6% more energy a year (Dörenkämper et al., 2021). У перыяд, калі вада ў рэках паступова зніжаецца, яны ператвараюцца ў больш глыбокія.
Выпары. Панэлі зацяняюць ваду і запавольваюць вецер над ёй, таму менш яе выпарваецца. On hot, dry reservoirs this can matter as much as the electricity: Jin and colleagues estimate 106 km³ a year saved in their 30% scenario, modelled rather than measured.
Power per hectare. Floating arrays usually sit at a low tilt and are packed closely, so one hectare of water holds roughly as much capacity as one hectare of land, about 1 MW, and produces similar energy. Cirata in Indonesia fits 192 MWp on about 200 hectares (Jakarta Post, 2023).
Гібрыдная з гідраэлектрастанцыяй. На гідраэлектрастанцыі, сонечная энергія можа выкарыстоўвацца тым жа сеткавым падлучэннем і дазваляе плошчы затрымліваць ваду ў сонечныя дні, каб выпусціць яе ноччу: рэзервуар становіцца акумулятарам для сонечнай электрастанцыі.
Абмежаванні
Тэарэтычны. Плаванне не змяняе сонечнае святло: плаваючая панэль робіць, у лепшым выпадку, на некалькі працэнтаў больш, чым такая ж панель на зямлі. Глабальны патэнцыял вялікі, але абмежаваны тым, наколькі шмат кожнага рэзервуара можа быць закрыта без яго пашкоджання. The Jin et al. study caps each reservoir at 30% and 30 km².
Практычная.
- Wind, waves and water levels. Moorings must hold an island of panels through storms and through water levels that can swing by tens of metres. In April 2024 a storm with winds of about 50 km/h badly damaged the newly completed 88 MW Indawadi plant, part of the Omkareshwar floating solar park in India (Times of India, 2024).
- Cost. Floats, anchors and marine-grade connections cost more than ground frames; the US benchmark premium is about 25% (Ramasamy and Margolis, 2021).
- Падтрыманне. Усе яны патрабуюць дадатковага ўтрымання, а таксама абароны ад ветру і вады; у іх ёсць патрэба ў вялікіх памерах.
- Экалогія. Закрываючы ваду, зніжаецца святло і вецер. Сістэматычны агляд выявіў магчымыя наступствы для тэмпературы вады, кіслароду, водарасці і рыб; зацікаўленыя бакі ацанілі зменшанае выпадзенне як найбольшую магчымасць і змены ў хіміі вады, уключаючы дэаксігенацыю, як найбольшую пагрозу. Only 15% of operators surveyed had tested water quality at all (Exley et al., 2021).
- Іншыя карыстальнікі. Усе рыбы, насякомыя, расліны і жывёлы ў рэгіёне знаходзяцца пад пагрозай знікнення.
Рэальныя праекты, вымераны
| Праект | Што гэта | Што было вымерана ці паведамлена | Крыніца |
|---|---|---|---|
| Плаўныя PV-тэсты ў Нідэрландах і Сінгапуры | Некалькі плаваючых дызайнаў побач з наземнымі і дахавымі сістэмамі адліку, з тэмпературнымі і радыенукліднымі сэнсарамі | Найлепшыя плаўныя сістэмы на 3,2 °C (Нідэрланды) і 14,5 °C (Сінгапур) халодней, з улікам сонечнага святла; каэфіцыент страты цяпла да 22 W/m²K вышэйшы; да 3% і 6% больш вытворчасці | Dörenkämper et al., 2021 |
| Tengeh reservoir, Singapore (2021) | 60-я гады XX ст. — пачатак будаўніцтва на тэрыторыі раёна чыгуначнай станцыі. | Opened July 2021 as one of the largest inland floating plants of its time | Straits Times, 2021 |
| Cirata, West Java, Indonesia (2023) | 192 MWp, about 340,000 panels, on a hydropower reservoir | Expected to supply about 50,000 households; reported cost about $100 million (expected output, not yet independently published) | Джакарта Пост, 2023 |
| Omkareshwar, Madhya Pradesh, India (2024) | Several plants on a dam’s backwaters, including 88 MW at Indawadi | A storm in April 2024 caused “major loss” to panels a week after the Indawadi plant began operating | Times of India, 2024 |
| Сусветны рынак | From about 1.1 GW in mid-2018 to roughly 13 GW by 2022, mostly in Asia | Прамысловасць | World Bank, 2018; Bloomberg, 2023 |
Як адзначыў Светавы банк, перавагі ў прадукцыйнасці «пакуль не пацверджаны большымі ўстаноўкамі, у розных геаграфічных рэгіёнах і з часам». Большасць гістарычных помнікаў, якія знаходзяцца ў горадзе, звязаныя з эпохай Вялікага Княства Літоўскага, а таксама з часамі Рэчы Паспалітай.
Колькі гэта каштуе
| Параметры | Кошт | Год і крыніца |
|---|---|---|
| Плаваючая PV, 10 МВт, ЗША | $1.29 per W installed against $1.03 на зямлі; кошт электрычнасці каля $0.057 per kWh against $0.047 на зямлі (без падаткавых крэдытавання) | 2021, Раман і Маргарыта |
| Насельніцтва 50 чал., цэнтр — аграгарадок Слабада. | 5.6 US cents per kWh against 5.0 on land at a 7% discount rate; capital cost $0.8 to $1.2 per W in 2018 | 2018, Сусветны банк |
| Шаблон:Гісторыя ЗША | $0.04 to $0.10 per kWh | June 2026, Lazard LCOE+ version 19 |
| Эталон: сонечная электрастанцыя на даху будынка | аблізу $0.19 за кВт∙гадзіну, цэнтральнае | наша мадэлі Fan Wall |
| Адміністрацыйны і эканамічны цэнтр штата, горад Сан-Паўлу. | $0.09 to $0.20 per kWh | June 2026, Lazard |
What the table says: floating solar costs about 10 to 20% more per kWh than solar on land, and much less than solar on a typical roof. Where land is expensive, protected or simply not available near the grid, that premium is small. У выніку дзейнасці НПЗ у краіне назіраецца рост коштаў на нафту, газ і іншыя тавары.
Дзе ён можа перамагчы, а дзе не можа
Яно можа перамагчы:
- Населеныя краіны і астравы дзе зямлі недастаткова: Сінгапур, Японія, Паўднёвая Карэя, Нідэрланды, большая частка Паўднёвай і Паўднёва-Усходняй Азіі.
- Гістарычныя гідраэлектрастанцыі, дзе існуе сеткавая сувязь і вада можа быць затрыманая, пакуль сонца свяціць.
- Залітыя каменныя кар’еры, шахты і прамысловыя вадаёмы, якія не маюць іншага выкарыстання.
- Гарачы, сухі Памер
- Водныя аб’екты, якія могуць забяспечваць уласнае напаўненне і апрацоўку з уласных вадаёмаў.
Яно не можа перамагчы:
- У ёй шмат дрэў і кустоў. У зімовыя месяцы насельніцтва горада звычайна больш і больш.
- На азёрах, багатых на жывёлу або выкарыстоўваюцца для адпачынку, калі экалагічныя доказы не паказваюць, што невялікая частка зямлі небяспечная.
- У адкрытай, бурнай вадзе без дарагіх швартовак, і ў моры без скачка ў інжынерыі.
- Як вялікі новы крыніца вады. Эканомія ад выпарвання рэальная, але мадэлюецца; яна дапамагае, але не стварае новую раку.
Што даказана, верагодна і спекулятыўна
Документаваны: што плаўныя электрастанцыі сотняў мегават могуць быць пабудаваныя і эксплуатаваць; што яны каштуюць крыху больш, чым сонечныя на зямлі; што вадаахоўванне дадае некалькі працэнтаў да ўраджаю ў адкрытых дызайнах; што штормы могуць пашкодзіць дрэнна прышвартаваныя станцыі.
Plausible: that covering a moderate share of reservoirs can cut evaporation substantially, as modelled; that combined solar and hydropower operation adds value by using the reservoir as storage; that shading may reduce harmful algal blooms in some reservoirs.
Speculative: that global potential in the thousands of terawatt-hours is practical once ecology, water use and grids are counted; long-term (25 year) behaviour of floats and moorings in sunlight and water; that open-sea floating solar can be made affordable.
Адкрыць даследчыя пытанні
- What does coverage of 10, 30 or 50% do to oxygen, temperature layering, algae and fish in different kinds of lake, measured over years?
- Якія з іх больш эфектыўна выкарыстоўваюцца ў сучасным свеце, а якія менш?
- Як доўга плаўнікі вытрымліваюць ультрафіялетавае святло, і ці вылучаюць яны мікрапластики або хімікаты ў пітную ваду?
- У перыяд з ліпеня па верасень на тэрыторыі раёна выпадае шмат ападкаў і моцных маразоў.
- Як лепш за ўсё выкарыстоўваць сонечную і гідраэнергію разам, каб атрымаць больш?
Што трэба для стварэння прататыпу
Для новай ідэі плавання (лепшы плавучы, швартавальны, метад астуджэння або экалагічны дызайн) рабочая мадэль — гэта невялікі масіў на рэальнай вадзе, які вымераецца побач з сухапутным адрасам.
| Фаза | Праца | Што гэта даказвае | Грубы кошт | Час |
|---|---|---|---|---|
| 0. Design study | Нагрузкі ад ветру, хваль і ўзроўню вады, праектаванне плавучых і швартуючых прылад, простая тэрмічная мадэль | Назва сайта паходзіць ад назвы вёскі на Палессі. | $10k to $30 кб | 2 to 3 months |
| 1. Test raft | Ад 5 да 20 кВт на вадаёме ці возеры побач з ідэнтычнай наземнай сістэмай, тэмпература модуля, выхад, вецер і водныя дадзеныя, адзін год | Вымераны прырост прадукцыйнасці, тэмпературы, ранняе зношванне | $40k to $120 кб | 12 месяцаў |
| 2. Ecology and durability | У перыяд з ліпеня па верасень, у залежнасці ад надвор’я і тэмпературы вады, на возеры адбываецца шмат водных падзей. | Экалагічныя эфекты і выжыванне | $50k to $150 кб | Ад 1 да 2 гадоў (перакрываючыся) |
| 3. Pilot plant | 0,5 да 2 МВт з уласнікам вадасховішча, дазволамі, падлучэннем да сеткі | Дызайн, які можна купіць | залежыць ад памеру | 1 да 2 гадоў |
Фаз 0 да 2 каштуюць каля $100,000 to $300,000. Гэта нашы ацэнкі, не цытаты.
Хто нам патрэбен
- Навукова-даследчы інстытут — навукова-даследчая ўстанова, якая займаецца распрацоўкай і вытворчасцю радыёэлектроннай апаратуры.
- Паўночная Амерыка — тэрыторыя, якая займае паўднёвую частку Паўночнай Амерыкі.
- Лімналогія (прыродазнаўства, якое вывучае ваду і яе экалагічныя працэсы) — навука пра водныя рэсурсы.
- Гідролагі для вымярэння выпарвання і воднага балансу.
- Вытворца або вытворцы, якія прадаюць прадукцыю ў адпаведнасці з патрабаваннямі.
- Спецыялісты па полімерах для выпрабаванняў на старэнне і выцісканне пласцін.
У вас ёсць лепшая ідэя?
У выніку, у вас можа быць таннейшы плавучы прычал, больш разумны стыкоўшчык, дызайн, які лепш астуджае панэлі або той, які абараняе жыццё возера. У некаторых членаў Фонду Local Solar System могуць быць кантакты, якія маглі б пачуць прапанову для моцнай энергетычнай ідэі. Для таго, каб быць прадстаўленай, ідэя павінна мець працуючую, рэальную мадэль, якая на самай справе вырабляе сілу, вымеранага на інструментах, а не заявлена. Ідэі для артыкулаў таксама прымаюцца: калі фізіка і лічбы цвёрдыя, мы можам апублікаваць іх тут на сайце. У выніку, ніхто не можа быць упэўнены ў тым, што ён не здзейсніў злачынства, і не можа быць ні вінаватым, ні вінаватым.
Для плаваючых сонечных батарэй, найбольш танным спосабам вымярэнняў, які лічыцца як працаздольны мадэллю з’яўляецца невялікі плот з панэляў на возеры побач з ідэнтычнай групай на зямлі, якія былі вымераны з тэмпературамі модуля, зарэгістраванымі хоць бы адзін раз у летні час. Гэта паказвае, ці рэальны прырост астуджэння для вашага праекта. Адпраўце яго праз форму уклад, і параўнайце з іншымі ідэямі на радары ідэі. Падобныя старонкі: Аграэлектрастанцыі падзяляе сельскагаспадарчыя землі замест вады, і Маленькая і ўбудаваная гідраэлектрастанцыя бярэ энергію з вады, якая ўжо цячэ.
Крыніца
- А. А. Сідарэнка, С. В. Гарбачоў, А. І. Краўчук і інш. (2023). Energy production and water savings from floating solar photovoltaics on global reservoirs. Nature Sustainability 6, 865-874.
- А. М. Кісялёў, А. А. Сідаровіч, А. А. Шчадроў і інш. (2021). The cooling effect of floating PV in two different climate zones: a comparison of field test data from the Netherlands and Singapore. Solar Energy 214, 239-247.
- Раманаў, В. і інш. (2021). Floating photovoltaic system cost benchmark: Q1 2021 installations on artificial water bodies. NREL/TP-7A40-80695.
- Чэмпіён свету па снукеры і снукернай серыі (2018). Знешняя палітыка: палітычная сістэма, эканамічная палітыка, міжнародныя адносіны..
- Г. А. Гардзіна, А. М. Рыбакоў, Т. В. Сідаровіч і інш. (2021). Нацыянальны інстытут адукацыі і навукі: Інстытут геаграфіі і сацыялогіі: Інстытут фізічнай культуры і спорту. Renewable and Sustainable Energy Reviews 152, 111639.
- Ember (2025). Global Electricity Review 2025: low-carbon sources 40.9% (12,609 TWh) of world electricity in 2024, implying a total of about 30,800 TWh.
- Chong, C. (2021). Першы ў свеце вялікі сонечны плавучы завод адкрыўся на возеры Тэнге. The Straits Times, 14 July 2021.
- AFP (2023). У горадзе знаходзіцца найбуйнейшы ў Азіі завод па вытворчасці дрэваапрацоўчай тэхнікі.. The Jakarta Post, 9 November 2023.
- Times of India (2024). Storm damages world’s biggest floating solar plant in Madhya Pradesh, 12 April 2024.
- Bloomberg (2023). Floating solar panels turn old industrial sites into green energy goldmines, 3 August 2023.
- Lazard (June 2026). Выраўнаваны кошт энергіі+, версія 19.
- Local Solar System Foundation (2020, model updated 2026). Шаблон:Апублікаваныя працыПаказваць верхні калантытул
- Харэўскі, Ф. (2016). Найбуйнейшы ў свеце плавучы сонечны парк за межамі Лондана. Праверана 29 чэрвеня 2016.(англ.) Шаблон:Вікіпедыя:Праект:Спіс артыкулаў Рэзідэнцыя каралевы Элізабэт II.