Какие преимущества есть у плавучих СЭС?

Мировая солнечная энергетика в настоящее время переживает настоящий бум, демонстрируя почти экспоненциальный рост генерирующих мощностей. К концу текущего года в мире будет установлено в два раза больше солнечных модулей, чем было в 2014 году и в 32 раза больше, чем в 2002 году. По некоторым оценкам, в конце 2017 года суммарная мощность фотоэлектрических установок достигнет уровня мировой ядерной энергетики, которая, по данным Института ядерной энергии (Nuclear Energy Institute, NEI), насчитывает около 390 ГВт.

В условиях интенсивного роста рынка солнечной генерации возникают новые, нестандартные технические решения и области применения фотоэлектрических модулей. Помимо традиционных мест размещения СЭС (на открытых ровных пространствах, склонах холмов, на фасадах и кровлях зданий и сооружений), появляются и новые, причем они открывают новые перспективы и создают дополнительные преимущества, расширяя границы потенциала ВИЭ. Плюсы гибридной гидро-солнечной генерации, в принципе, уже известны всем (речь об установке солнечных модулей на низовых откосах грунтовых плотин, и свободных территориях гидроэлектростанций). Но СЭС можно ставить, по сути, где угодно. Одним из таких решений являются плавучие солнечные электростанции, которые размещаются на поверхности водоемов.

Страна водоплавающего солнца

Одной из первых стран, приступивших к активному развития технологий плавучей солнечной генерации, стала Япония. Предпосылки понятны – решение об отказе от ядерной энергетики после аварии на АЭС «Фукусима» в марте 2011 и дефицит пригодных для использования объектами электроэнергетики территорий (страна, как известно, располагается на островах, и там плохо понимают русское слово «просторы»). Первый проект плавучей СЭС был реализован в 2013 году на водохранилище для сбора дождевой воды Окегава: прямо на водной глади было установлено 4536 солнечных модулей суммарной мощностью 1,18 МВт.

К настоящему времени в стране восходящего солнца реализовано уже 53 проекта плавучих СЭС. Их суммарная установленная мощность – свыше 65 МВт. Самые крупные станции – Уменоки (7,55 МВт), Като Ши (2,87 МВт) и Укимине Ками Ике (1,57 МВт).

В Европе также существует не менее 16 аналогичных проектов, наиболее крупными являются СЭС Queen Elizabeth II в Великобритании (мощность 6,43 МВт) и проект Godley (на 3 МВт установленной мощности). Аналогичные проекты также реализуются в странах Азии, Северной и Южной Америке. Французская компании Ciel&Terre разработала и запатентовала уникальную технологию Florelio Floating PV, позволяющую устанавливать стандартные PV-панели на открытую водную поверхность.Начиная с 2013 года компания уже реализовала десятки проектов по всему миру суммарной мощностью 92 МВт. В процессе реализации – плавучие СЭС еще на 190 МВт.

Подразделение китайской компания China Three Gorges начала строительство крупнейшей в мире плавучей СЭС мощностью 150 МВт в июле этого года. Объект будет расположен в восточной провинции Аньхой, плавающие панели устанавливают на поверхность искусственного озера, расположенного на месте бывшего угольного разреза. Инвестиции в СЭС превысят 150 млн долларов, полностью станцию должны запустить в мае 2018 года. Известно, что до проекта China Three Gorges крупнейшей китайской плавучей солнечной электростанцией была 40-мегаваттная станция в той же провинции, и также была установлена на загрязненном водном объекте, образованном после закрытия карьера по открытой добычи угля. Опыт Китая показателен не столько масштабами, сколько использованием нарушенных водных объектов.

Плюсы без минусов

В целом, если проанализировать уже накопленный в мире опыт строительства и эксплуатации плавучих СЭС, можно выделить целый ряд преимуществ подобных объектов.

• Для них не приходится изымать из оборота земельные участки, которые могут быть вовлечены в другие виды хозяйственной деятельности;

• При монтаже плавучей СЭС не требуется проведения земляных, бетонных и других строительно-монтажных работ, что значительно ускоряет процесс установки (и удешевляет CAPEX);

• Как правило, используются стандартные технологии крепления плавучих СЭС, по типу технологии компании Ciel&Terre, что значительно ускоряет процесс монтажа и обеспечивает простую эксплуатацию;

• Плавучие СЭС позволяют снизить интенсивность переработки прибрежной полосы за счет препятствия образованию волн на свободной поверхности водоема;

• Отсутствие препятствий для попадания солнечных лучей на солнечные модули;

• Дополнительным преимуществом является возможность естественного охлаждения солнечных модулей водой (производительность фотоэлектрических элементов зависит от их рабочей температуры, с повышением температуры их эффективность постепенно уменьшается; благодаря охлаждающему эффекту повышается производительность).

Еще один эффект – значительное снижение объемов испарения воды с поверхности того или иного водоема, что открывает возможности рационализации использования водных ресурсов. Широко известен опыт администрации Лос-Анджелеса: во время засухи 2015 года на поверхность основного для города резервуара питьевой воды было запущено 95 млн пластиковых шаров черного цвета, которые позволили уменьшить испарение и сдержать рост водорослей. Данная технология была апробирована еще в 2008 году и продемонстрировала уменьшение испарения на 85-90%, со значительным снижением концентрации бромата, который образуется при взаимодействии солнечного света с бромидом и хлоридом, растворенными в воде, и может быть ядовит для человека. Положительные результаты данных опытов позволяют предположить, что и плавучие СЭС обладают аналогичными преимуществами, но при этом обладают самоокупаемостью – за счет выработки электроэнергии (в отличие от пластиковых шаров).

Для других типов водоемов экологические эффекты тоже положительны. За счет размещения плавучих СЭС можно, например, предотвратить посадку перелетных птиц на поверхность загрязненных водоемов, оставшихся от химических производств. Или снизить вероятность гнездования птиц возле водоемов, которые находятся в потенциально опасных местах, например, рядом с аэропортами.

Еще одним нетрадиционным способом установки солнечных модулей является их установка над открытыми каналами различного назначения. Первопроходцем в применении данного подхода является Индия. В 2012 году первый проект данного типа мощностью 1 МВт был открыт на канале Нармада. А уже в феврале 2014 года бывший в то время генсеком ООН Пан Ги Мун открыл в Индии СЭС мощностью 10 МВт – панели установили на участке длиной в 3,6 км оросительного канала Вадодара. Всего данный проект насчитывает 33816 солнечных модулей, которые занимают площадь 16 га, но так как они установлены над каналом, они не изымают эту площадь из хозяйственной деятельности местного населения.

Помимо экономии земельных площадей, данный метод установки солнечных модулей снижает и испарение с поверхности каналов, что является достаточно большой проблемой в Индии. Интенсивность испарения зависит от множества параметров, таких как температура воды и скорость потока, освещенность и температура воздуха, скорость ветра и другие факторы. По некоторым данным, установка солнечных модулей над поверхностью на некотором расстоянии снижает интенсивность испарения в среднем на 30-50%.

А что в России?

Для нашей страны все это пока выглядит как экзотика. Но данный подход также имеет потенциал широкого применения в России, например, на открытых лотковых каналах ГЭС, что обеспечит снижение испарения и увеличение объема водных ресурсов, положительно скажется на выработке электроэнергии и предоставит дополнительные возможности для орошения. Плавучие СЭС могут быть размещены и в приплотинных зонах водохранилищ ГЭС, что обеспечит возможности использования инфраструктуры объектов гидрогенерации, ведь дороги, персонал и ЛЭП там уже имеются. Такие СЭС можно будет гармонизировать с работой ГЭС, что откроет возможности для обеспечения равномерности выработки электроэнергии для потребителей.

Экологические эффекты при таком строительстве также велики. Среди них – замедление процессов образования сине-зеленых водорослей, интенсивный рост которых может нанести вред водоему (за счет того самого уменьшения солнечного облучения мелководных участков). Кроме того, такие СЭС могут использоваться как плавучие острова для гнездования птиц – причем острова, которые не затонут, например, от резкого повышения уровня воды вследствие сброса (что снизит до нуля риски гибели птиц в нижнем бьефе гидроэлектростанций).

Такой подход может быть применен на гидроэлектростанциях, расположенных в зонах с высокой долей инсоляции. Причем при данном подходе низовое откосы плотин не обязательно должна быть повернуты в южную сторону, что необходимо в случае с инсталляцией солнечной генерации непосредственно на плотинах. Ведь плавучие СЭС достаточно легко сориентировать без риска быть затяненными и с максимальной эффективностью.

Такие СЭС можно использовать на каналах в южных регионах страны, например в Ставропольском и Краснодарском крае. Кроме того, их можно применять в угледобывающих районах, где существует проблема с восстановлением разработанных добычей территорий (прежде всего, в карьерах и шахтах). Еще одной областью применения являются водные объекты, используемые для охлаждения тепловых и атомных электростанций, которые не являются рыбохозяйственными и обладают дополнительным преимуществом – не замерзают в зимний период (за счет сброса теплых вод). Многие крупные предприятия промышленности имеют такие водоемы – отстойники, и они также могут быть использованы для установки плавучих СЭС, которые помогут обеспечивать собственные нужды индустрии в экологически чистой энергии.

В целом, нестандартные подходы к установке солнечных модулей, как показывает мировая практика, позволяют достичь дополнительных преимуществ и положительных эффектов. Данные методы обеспечивают рационализацию использования территорий и природных ресурсов, а также возможности для гибридизации и решения некоторых экологических проблем. Данные технологии использования солнечной генерации позволяют рассматривать их в качестве составной части гидроэнергетических проектов, а также как один из способ использования загрязненных водоемов.