Суу сактагычтардагы жылуулук
Адамдар 400,000ден ашык квадрат километрди сууга батырып салышты. Суудагы күн энергиясы жөнөкөй суроону берет: эмне үчүн күндүн нурун чачкан сууну бош калтыруу керек?
Dietmar Rabich (CC BY-SA 4.0)
Суу сактагыч - бул чоң, тегиз, ачык, күн нуруна толгон аянт, ал жолдорго, электр тармактарына жана гидроэлектр станцияларында электр линияларына туташтырылган. Жылуулук энергиясын өндүрүү үчүн күн панелдерин сууга же деңизге коюп, андан кийин аларды пластикалык плавальниктерге орнотушат. 2007-жылдан 2013-жылга чейинки мезгилде бир нече киловатттык пилоттук долбоорлор жүздөгөн мегаватттык станцияларга айланды.
Ачык айтканда: **Жүргүзүлгөн күн энергиясы, коммерциялык жана жер үстүндөгү күн энергиясынан бир аз кымбат; ал жерде жер жетишсиз же баалуу болсо, резервуар жана электр тармагы бар болсо, анда жеңип чыгат. Жаңы технологиялардын кошумча пайдалары, тагыраагы, жылуу панелдер жана сууну үнөмдөө, чындыгында эле бар, бирок алар брошюраларда айтылгандан алда канча аз жана жакшы өлчөнгөн эмес. Анткени булуттар жана экологиялык коркунучтар ачык көрүнгөн коркунучтар. **
Бул эмне
Жылуулук электр станциясынын төрт бөлүгү бар: панелдер жана инверторлор (жер үстүндөгүдөй эле), потоктар (адатта жогорку нымдуулуктагы полиэтилен понтондору, алар панелдерди төмөн бурчта кармашат), жөндөө үчүн жолдор, жана моурингдер: канаттар, зымдар жана анкерлер же жээктеги байланыштар, алар суу деңгээли көтөрүлүп же түшүп, шамал ага тийгенде аралдын ордуна турушат. Кабелдер плавающие менен бирге банкта же плавающая платформада инверторуна чейин созулат.
Алардын көпчүлүгү жасалма сууга турушат: гидроэнергетикалык жана ичүүчү суу сактагычтары, сугат каналдары, суу астында калган карьерлер жана кен казуу шахталары, таштанды суу лагуналары. Жердин жана океандын жээгинде жайгашкан суулар, ошондой эле деңиздер менен көлдөр. _Жаңы Дүйнөлүк банктын отчету 400,000 км²ден ашык адам жасаган суу сактагычтары бар.
Кантип иштейт
Бирдей панелдер, бирдей күн нуру. Жылуулукту жылуулоо үчүн кыймылдаткычка орнотулган панель электр энергиясын да, сууну да өндүрөт: кубаттуулук P = η × A × G, эффективдүүлүккө карата аянттын жана күндүн жарыгынын санына барабар. Өзгөрүп жаткан нерсе - айлана-чөйрө.
Оңдоо. Панелдер 25°Cден жогору жылыган ар бир градус үчүн өз кубаттуулугунун 0,4%ын жоготот (физика боюнча PV-thermal караңыз). Панелдин температурасы баланс менен аныкталат: күн нуру аны жылытат, ал эми шамал жана радиация аны муздатат. Инженерлер бул T_module = T_air + G / U деп жазышат, анда U жылуулук жоготуу коэффициенти ваттта квадрат метрге карата кельвинде. Суунун үстүндө аба жылуу жана нымдуу, ал эми ачык дизайнда панелдин арткы бети суу бетин көрөт. Территориялык сыноолор мыкты плавающие дизайндар U чейин 22 W / m²K жогорулатылган, салыштырмалуу системалар менен салыштырганда, панелдер 3.2 ° C салкын Нидерландда жана 14.5 ° C салкын (жана устун системасы менен салыштырганда) Сингапурда, жана 3% жана 6% жыл сайын көбүрөөк энергияны берди (Dörenkämper et al., 2021). Панелдердин астындагы сууну каптаган плавающие дизайндар көпкө чейин аз пайда алып келишет.
Испарение. Панелдер сууну көлөкөгө алып, анын үстүнөн шамалдын ылдамдыгын азайтат, ошондуктан суунун аз бөлүгү иче баштайт. Ысык, кургак суу сактагычтарында бул электр энергиясы менен бирдей мааниге ээ болушу мүмкүн: Джин жана анын кесиптештери болжолдуу түрдө 30% сценарийде жылына 106 км³ үнөмдөлгөнүн эсептешет, өлчөөдөн көрө моделдөө.
Power per hectare. Жылуулук электр станциялары адатта төмөн ылдый карай жайгашкан жана жакын жайгашкан, ошондуктан бир гектар сууда бир гектар жердин кубаттуулугуна барабар кубаттуулук бар, болжол менен 1 МВт, жана ал энергияны өндүрөт. Cirata in Indonesia fits 192 MWp on about 200 hectares (Jakarta Post, 2023).
Гидроэнергетика менен гибриди. Гидроэнергетикалык резервуарларда күн энергиясы ошол эле электр тармактарынын байланышы аркылуу берилиши мүмкүн, ал эми суу сактагычта сууну күн нуру тийгенде кармап, түнкүсүн чыгарууга болот: резервуар күн энергиясын өндүрүү үчүн батарея болуп кызмат кылат.
Чектөөлөр
Теоретический. Плавание не меняет световой поток: плавающая панель, в лучшем случае, делает несколько процентов больше, чем та же панель на земле. Глобалдык потенциал чоң, бирок ар бир суу сактагычтын көлөмүн зыян келтирбестен кантип пайдалануу мүмкүн экендиги менен чектелүүдө. The Jin et al. study caps each reservoir at 30% and 30 km².
Практикалык
- Ветер, волны и уровни воды. Причалы должны удерживать остров из панелей в бурях и при значительном изменении уровня воды (до нескольких десятков метров). 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).
- Баасы. Плавающие, анкерлер жана морской класс байланыштары жер бетиндеги фреймдерден кымбат; АКШнын эталондук премиясы болжол менен 25% (Ramasamy and Margolis, 2021).
- Кармоочу Бардык нерсеге жээк же тротуар аркылуу жетүүгө болот; куштардын калдыктары, суу өсүмдүктөрү жана биофаллос тазалоону талап кылат; сууга жакын электр коопсуздугун сактоо керек.
- Экология. Суунун үстүнө каптоо жарык жана шамалдын аралашуусун азайтат. Системалык талдоо суу температурасына, кычкылтекке, деңиз туздарына жана балыкка мүмкүн болгон таасирлерди аныктады; кызыкдар тараптар испарениенин төмөндөшү эң чоң мүмкүнчүлүктөрдүн бири деп эсептешет, ал эми суунун химиялык курамына өзгөрүүлөр, анын ичинде деоксигенация, эң чоң коркунуч болуп саналат. Only 15% of operators surveyed had tested water quality at all (Exley et al., 2021).
- Кайсы бир башка колдонуучу. Суу менен камсыздоо, кеме жүргүнчүлөрү, балыкчылар жана табигый коргошундардын баары жер бетине таасир эте алышат.
Реалдуу долбоорлор, өлчөнгөн
| Долбоор | Бул эмне | Эмне өлчөнгөн же кабарланган | Булак |
|---|---|---|---|
| Нидерландия жана Сингапурда плавающие фотоэлектрдик тест-станциялар | Жердин жана чатырдын рельефи менен бир нече кыймылдуу дизайндар, температура жана радиация сенсорлору менен | 3.2 °C (Нидерландия) жана 14.5 °C (Сингапур) жылуу, күн нуру менен салмакталган; жылуулук жоготуу коэффициенти 22 W/m²K чейин жогору; 3% жана 6% га чейин көбүрөөк түшүм | Дёренкампер жана башкалар, 2021 |
| Тенгех суу сактагычы, Сингапур (2021) | 60 МВт кубаттуулуктагы суу сактагычта, аны Кыргыз Республикасынын Улуттук суу агенттиги иштетет | 2021-жылдын июлунда ачылган, ал өзүнүн мезгилиндеги эң ири ички сууда сүзүүчү заводдордун бири | Straits Times, 2021 |
| Цирата, Батыш Ява, Индонезия (2023) | 192 MWp, about 340,000 panels, on a hydropower reservoir | 50,000 үй-бүлөнү камсыз кылуу күтүлүүдө; болжол менен $100 миллионго бааланат (жоопкерчиликтүү чыгаруу, азырынча жеке жарыяланбаган) | Jakarta Post, 2023 |
| Омкарешвар, Мадхья-Прадеш, Индия (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 |
| Дүйнөлүк рынок | 2018-жылдын ортосунан тарта болжол менен 1,1 ГВттан 2022-жылга чейин болжол менен 13 ГВтка чейин, көбүнчө Азияда | Сектор | Дүйнөлүк банк, 2018; Блумберг, 2023 |
Дүйнөлүк банктын отчетунда айтылгандай, иштөө артыкчылыктары “бир нече географиялык аймактарда жана убакыттын өтүшү менен чоңураак орнотуулар тарабынан тастыкталууга тийиш”. Көбүнчө ири операторлор өлчөнгөн түшүмдү, суунун сапатын же шамалдын кесепетин жарыялабайт, бул далилдердин эң чоң катачылыгы.
Баасы
| _Параметрлер | Баасы | Жыл жана булак |
|---|---|---|
| 10 МВт, АКШ | $1.29 per W installed against $1.03 жер бетинде; электр энергиясынын баасы $0.057 per kWh against $0.047 жер бетинде (салык кредиттери жок) | 2021, NREL, Рамасами жана Марголис |
| Floating PV, 50 MW generic plant | 5,6 АКШ сенти кВт/саатка каршы 5,0 жер үстүндөгү 7% арзандатуу менен; капиталдык чыгым $0.8 to $1.2 W үчүн 2018-жылы | 2018, Дүйнөлүк банк, СЕРИА |
| Жер үстүндөгү күн электр станциясы, АКШ | $0.04 to $0.10 кВт/саат | 2026-жылдын июнь айы, Lazard LCOE+ версиясы 19 |
| Эталон: имараттын үстүндөгү күн панели | аbout $0.19 per kWh, central | биздин Фан-Двор модели |
| Коммерциялык жана коомдук күн панелдери, АКШ | $0.09 to $0.20 кВт/саат | Июнь 2026, Лазард |
Таблицанын мазмуну: сууда сүзүүчү күн энергиясы 10-20% кВт/саатка көбүрөөк, жер бетиндеги күн энергиясына караганда, жана типтүү чатырда күн энергиясынан алда канча аз. Жер кымбат, корголгон же электр тармагына жакын жерде жок болгондо, бул төлөм өтө эле аз болот. NREL изилдөөсү көрсөткөндөй, чыгымдар эң көп плавателдин баасына, шамал жана кар жүктөөлөрүнө жана модулдун эффективдүүлүгүнө байланыштуу.
Кайсы жерде жеңиши мүмкүн, кайсы жерде жеңиши мүмкүн эмес
Ал жеңиши мүмкүн:
- Атмосфералык басымдын жогорулашы менен жердин аздыгы: Сингапур, Япония, Түштүк Корея, Нидерланддар, Түштүк жана Түштүк-Чыгыш Азиянын көпчүлүгү.
- Гидроэнергетикалык суу сактагычтар, алардагы электр тармактары бар жана күндүн нуру тийип турганда сууну кармап калууга болот.
- Суу каптаган карышкыр, кен казуу жана индустриалдык суу сактагычтар башка эч кандай пайда жок.
- Жарык, кургак аймактар, анда сууну испароого жоготуу кымбат жана муздатуу пайдасы эң чоң.
- Суунун ресурстары, алар өз насостору жана тазалоолору үчүн өз резервуарларынан энергия ала алышат.
Ал жеңе албайт:
- Жердин баасы арзан жана көп. Туура эмес жердеги күн электр станциясы, адатта, арзаныраак жана жөнөкөй болот.
- Жайкы эс алуу үчүн колдонулган же жаныбарларга бай көлдөргө, эгерде экологиялык далилдер кичинекей каптоо зыянсыз экенин көрсөтпөсө.
- Ачык, шамалдуу сууда кымбат баалуу жээк тосмолору жок жана инженердик кадамдарсыз деңизде.
- Жаңы чоң суу булагы катары. Испарение экономии реальна, но моделирована; они помогают, но не создают новый реку.
Эмне далилденген, ишенимдүү жана спекулятивдүү
Доказано: что плавающие станции с мощностью в сотни мегаватт могут быть построены и эксплуатироваться; что они на суше стоить немного дороже солнечной энергии; что охлаждение водой добавляет несколько процентов к урожаю открытых конструкций; что штормы могут повредить плохо пришвартованные установки.
Плагиат: бул суу сактагычтардын орточо бөлүгүн каптоо, моделдегендей, испарениени кыйла кыскартышы мүмкүн; күн жана гидроэнергетиканы биргелешип колдонуу суу сактагычты сактоочу жай катары пайдалануу менен бааны жогорулатат; кээ бир суу сактагычтарда зыяндуу деңиз туздарынын көбөйүшүнө жол бербөө үчүн көлөкөлөрдү орнотуу мүмкүн.
Спекулятивдүү: миңдеген терават-сааттык глобалдык потенциал экология, сууну пайдалануу жана электр тармактарын эсепке алганда практикалык; күн нурунда жана сууда плавающий жана швартовкалардын узак мөөнөттүү (25 жыл) жүрүм-туруму; ачык деңизде плавающий күн энергиясы жеткиликтүү болушу мүмкүн.
Ачык суроолор
- 10, 30 же 50% га чейинки каптоо кислородго, температуранын катмарлашуусуна, суу өсүмдүктөрүнө жана балыктар менен башка түрдөгү көлдөргө кандай таасир этет?
- Практикада канчалык деңгээлде сууну ичерүү азайган, бул моделдер эмес, суунун балансы менен өлчөнөт?
- Бул сууда сүзүүчүлөр ультрафиолет нурунда канча убакытка чейин турушат жана алар ичүүчү сууга микропластик же химиялык заттарды чачышабы?
- Кандай жээк конструкциялары өтө катуу шамалдарды жана чоң суу деңгээлинин өзгөрүүлөрүн акылдуу баада жеңип чыгат?
- Күн жана суу энергиясын биргелешип иштетип, эки тарап тең көбүрөөк киреше алып келүү кандайча жакшы?
Эмнеге прототипке муктаж
Жаңы сүзүүчү идея үчүн (жакшы сүзүүчү, жээк, муздатуу ыкмасы же экологиялык дизайн), иштөөчү модель - бул чыныгы суудагы кичинекей масив, жердин баалуулуктары менен өлчөнөт.
| Фаза | Иш | Бул эмнени далилдейт | Жалпы чыгым | Убакыт |
|---|---|---|---|---|
| 0. Design study | Ветер, толкундар жана суу деңгээли менен жүктөө, плавающий жана стыктоо дизайны, жөнөкөй термикалык модель | Дизайн сайттын катаал шарттарына туруштук берет | $10k to $30к | 2-3 ай |
| 1. Test raft | 5-тен 20 кВт чейинки суу сактагычта же суу сактагычта, бирдей аянтты ээлеген манеждин жанында, модулдун температурасы, кубаттуулугу, шамал жана суунун маалыматтары, бир жыл | Өлчөнгөн түшүмдүүлүк, температуралар, эрте бузулуу | $40k to $120к | 12 ай |
| 2. Ecology and durability | Суунун сапатын текшерүү, плотта жана андан алыс, плавающий эскирүү жана швартоонун жүктөрү шамал сезону учурунда | Экологиялык таасирлер жана өмүр сүрүү | $50k to $150к | 1-ден 2-жылга чейин (кайчылаш) |
| 3. Pilot plant | 0,5-2 МВт – суу сактагычтын ээси, уруксаттар, электр тармактарына туташуу | Банктык дизайн | өлчөмүнө жараша | 1-ден 2-жылга чейин |
0-2 фазалар болжол менен $100,000 to $300,000 долларга бааланат. Бул биздин болжолдор, цитаттар эмес.
Бизге ким керек
- Морской архитектор или оффшорный инженер для поплавков, причалов и штормовых нагрузок.
- PV системасынын инженери электрдик дизайн жана суу жээгиндеги коопсуздук үчүн.
- Лимнолог (таттуу сууну изилдөөчү) - суунун сапатын жана жаныбарлардын жашоосун көзөмөлдөө үчүн.
- Гидролог - испарение жана суу балансын өлчөө үчүн.
- Жер астындагы суу сактагычтын ээси же сууну пайдалануу компаниясы сынактык плотинаны орнотууга кызыкдар.
- Полимер специалист для тестирования плавающего старения и выщелачивания.
Болжолдуу идеяңыз барбы?
Балким, сизде арзан плавуч, акылдуу жээк, панелдерди жакшыраак муздаткан дизайн же көлдүн жашоосун коргогон дизайн болушу мүмкүн. Local Solar System Фондунун айрым мүчөлөрүнүн күчтүү энергия идеясы үчүн үндөшүү мүмкүнчүлүгү бар адамдар менен байланыштары болушу мүмкүн. Бир идеяны ишке ашыруу үчүн, ага иштөөчү, чыныгы жашоодогу, күчтү жаратуучу модель керек, аны бир инструмент менен өлчөө керек, бирок аны далилдөөгө болбойт. Эгерде физика жана сандардын ортосундагы байланыш чын болсо, анда биз аларды бул жердеги веб-сайтта жарыялай алабыз. Иштөөчү моделсиз капиталды чогултуу өтө кыйын, биз финансылоону, кирешелерди же презентацияларды убада кыла албайбыз.
Жылуулукту үнөмдөөчү күн энергиясы үчүн, эң арзан өлчөө - бул жер бетинде бирдей топтогу панелдердин жанында жайгашкан суудагы кичинекей плита, экөө тең өлчөнгөн, модулдун температуралары жок дегенде бир жазда катталган. Бул сиздин дизайныңыздын жылуулукту үнөмдөөчү эффектисинин чындыгын көрсөтөт. Аны contribution form аркылуу жөнөтүп, аны башка идеялар менен салыштырыңыз idea radar. Бул макалада: аграрвольт сууну бөлүштүрүүнүн ордуна, айыл чарба жерлерин бөлүштүрөт, жана кичине жана түтүктөгү гидроэнергетика энергияны агып жаткан суудан алат.
Булактар
- А., Жолдошбекова С., Жумабаева М., Асаналиев А. (2023). Энергияны өндүрүү жана сууну үнөмдөө үчүн глобалдык суу сактагычтарда күндүн фотоэлектрдик станцияларын орнотуу. Nature Sustainability 6, 865-874.
- А., Карагулова А., Асаналиев А., Асанов А. (2021). Эки климаттык зонада плавающий PVнын муздатуу эффекти: Нидерландия жана Сингапурдан алынган тесттик маалыматтардын салыштырылышы. Күн энергиясы 214, 239-247.
- Р.Рыскулов, В.А.Скрябин, А. (2021). Floating photovoltaic system cost benchmark: Q1 2021 installations on artificial water bodies. NREL/TP-7A40-80695.
- Кыргыз Республикасынын эмгек сиңирген артисти (2018). Күн суу менен жолугушат: жылуулук энергиясынын рыногундагы абал, кыскача баяндама.
- Exley, G., Hernandez, R.R., Page, T. et al. (2021). Scientific and stakeholder evidence-based assessment: ecosystem response to floating solar photovoltaics and implications for sustainability. Renewable and Sustainable Energy Reviews 152, 111639.
- Ember (2025). Global Electricity Review 2025: төмөн-углероддуу булактар 2024-жылы дүйнөлүк электр энергиясынын 40,9% (12,609 TWh), жалпысынан болжол менен 30,800 TWh.
- Чонг, С. (2021). Сингапурдун биринчи ири көлөмдөгү күн энергиясы менен иштеген сууда сүзүүчү фермасы Тенгех суу сактагычында ачылды. The Straits Times, 14 July 2021.
- AFP (2023). Жокови Түштүк-Чыгыш Азиядагы эң ири сууда сүзүүчү күн электр станциясын ачты. The Jakarta Post, 9 November 2023.
- Туулган жылы — 2024. Мадиа Прадеш штатындагы эң ири күн электр станциясына шамалдын соккусу тийди, 12-апрель, 2024.
- Bloomberg (2023). Жүргүзүлгөн күн панелдери эски индустриалдык жайларды жашыл энергия алтын кендерин, 3 август 2023.
- Lazard (June 2026). Энергетиканын жогорулатылган баасы+, 19-версия.
- Local Solar System Foundation (2020, моделди жаңылоо 2026). Фен дубалы: ачык модель, күн панелдеринин устундук үлгүсү.
- Харви, Ф. (2016). Дүйнөнүн эң ири сууда сүзүүчү күн электр станциясы Лондондун чет жакасында ишке киргизилди. The Guardian, 29 February 2016; Wikipedia’да келтирилген цифралар, Королева Елизавета II.