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光伏又火了!中国沙漠的1%装上太阳能板 或是缺电限产的解决之道?

2022-11-06 09:54:40 3498

摘要:电子发烧友网报道(文/黄山明)近段时间,中国大陆突如其来的缺电限产,对不少能耗较大的制造业厂商造成了一定的影响。而此轮限电所发生的时间段却并非是用电量的旺季,而是淡季,事实也证明,缺电限产主要由于煤炭产量不足,以及高能耗生产增加共同导致。如...

电子发烧友网报道(文/黄山明)近段时间,中国大陆突如其来的缺电限产,对不少能耗较大的制造业厂商造成了一定的影响。而此轮限电所发生的时间段却并非是用电量的旺季,而是淡季,事实也证明,缺电限产主要由于煤炭产量不足,以及高能耗生产增加共同导致。如今依赖于煤炭的火电占到总发电量的70%左右,想要改变这一局势,发展其他能源是必要的,而光伏便是其中一项不错的选择。

当前国内的发电量结构,除了火电以外,主要还有水电、核电、风电以及太阳能发电,从全国总发电量来看,2020年火电占比达68.5%,水电为17.4%,核电为4.7%,风电为6%、太阳能发电占比为3.4%。

2011-2020年全国发电量结构

从占比来看,国内仍然以火电为主,不过可以发现,尽管太阳能发电占比最低,不过从增长速度来看,2011年的6亿kwh到2020年的2611亿kwh,十年间增长了434倍。


此外,水电受到环境的影响(需要有较大的河流),投入巨大(建设水力发电站的同时还需要建设大坝),电力产出也需要看水流量,而在数十年水利工程的建设下,可以选择的区域也越来越少。


核电也需要严格的选址,尤其是前三代核电站,需要有大量的流动水源,同时需要选择平原地带,不能建设在山林之中。不过随着第四代核电站已经开始在甘肃等地开始运行,摆脱了需要大量水资源的限制,未来核电也将成为主要的电力来源。


风电与光伏则成为目前清洁能源的代表,不过对于风电而言,发电的不稳定导致许多电网公司都比较嫌弃,成为弃电,通常是有风就有电没风就没电,如果能够找到合适的储能方式,就可以解决风电的问题,这个以后再论。


而光伏主要依赖于太阳能,问题在于只有白天能发电,但如今用电高峰通常都是白天,将光伏作为一个有效的电力来源补充还是不错的。此外,光伏也存在着与风电一样弃电问题,在此先按下不表。


沙漠建光伏 污染可控


由于光伏主要的能量来自于太阳,自然希望能够日照时间越长越好,如果日照时间够长,同时晴天也比较多,并且地形较为平坦方便接收阳光,那也是适合光伏发电的场景。恰好,沙漠便尤其适合采用光伏。


比亚迪股份有限公司执行董事王传福曾经公开表示过,如果能够在国内1%的沙漠上铺满光伏板,那么发电量就已经足够全国使用了。


我国的沙漠总面积大约在130万平方公里,1%的面积也就是1.3万平方公里,那么这些地方铺满光伏板,按照王传福的说法,发电量已经就足够了吗?


从目前的数据来看,每平方米功率在150w,如果按照一天日照时间10小时来算,1.3万平方公里的发电量将达到19.5亿kw,一年的发电量就达到5.1万亿kwh。要知道在2020年我国发电装机的容量在22亿kw,两者相差已经不大。


从公开数据来看,2020年中国大陆总发电量达到7.7791万亿kwh,已经占到了全球的29%。而建设覆盖国内1%沙漠面积的光伏发电已经可以达到2020年全国总发电量的65.5%。粗略来说,1%的沙漠面积已经足够全国使用也并非错误。


毕竟未来国内的将采用多种发电方式,如今的火电占大头纯属不得已而为之,主要原因在于煤炭发电是最经济稳定的方式,不过一旦遇到如今煤炭供应不足的情况,就会导致缺电现象发生。


另一方面,在市场中时有传言光伏产业是一个高污染、高能耗的产业,尤其是光伏晶硅组件的生产过程大量污染物,主要是四氯化硅(属于高污染剧毒废液)以及氢气、氯气等。


不过要分清楚污染物与造成环境污染的区别,只有污染物没有得到妥善处理,才会造成污染,这也意味着如果能够将污染物妥善处置,那就不会造成污染。


光伏制造主要有晶硅提纯、硅锭切片、光伏电池以及光伏组件四个环节,其中晶硅提纯是从工业硅粉中提取太阳能级晶硅,然后将这些晶硅通过切割加工、刻蚀清洗、印刷电极制造成光伏电池片,再将电池片封装成最终的光伏组件,而所谓的“高污染”就在这一环。


在晶硅的提纯中,厂商通常采用改良西门子法生产工艺,生产过程中会产生四氯化硅、氢气、氯气等,而四氯化硅如果直接排放,遇到潮湿空气会分解生成氯化氢,继而造成环境污染。


不过国内的各家晶硅生产企业已经实现了闭路循环生产,从合成到蒸馏,再从还原到尾气分离,已经实现了循环利用,避免了污染气体的泄露,因此光伏生产的污染总体可控。


改善沙漠 生态共赢


在光伏发电的实际应用中,发电功率通常受到阳光强度、角度的影响,尤其在不同的气候、季节,变化会比较明显,随机性也很强。


这就导致电站所发的电量在输入电网的过程中,会存在随机的间歇性输入冲击电网、逆调峰增加电网调峰难度等问题,这会影响到整个电网的平稳运行。


据数据统计,在2016年上半年,日照资源最为丰富的西北地区弃光问题严重,弃光电量达到了32.8亿kwh,弃光率为19.7%,其中新疆的弃光率甚至一度达到了52%。


不过到了2020年,弃光问题已经得到了巨大的改善,2020年第二季度,光伏发电利用率已经达到了98.6%,全国弃光电量为10.3亿kwh,同比下降了24.3%。尤其在如今国家正在大力提倡分布式光伏电站的开发建设,光伏弃电的频率也越来越低。


不仅污染可控,弃电率逐渐下降,在沙漠环境中建设光伏发电站,气候干燥、降雨量少,还可以获得更好的光照强度外,还能有效的改善沙漠环境,让沙漠变绿洲。


通常而言,沙漠的形成与持续主要有两个原因,一个是缺水,另一个是沙丘的移动。而按照公开数据统计,光伏组件板遮蔽阳光直射有效降低了地表水的蒸发,光伏板的遮阴效果能使蒸发量减少20%-30%,并且光伏组件板还能够有效降低风速。



不仅是增加了水分,在建设光伏发电站的同时,也固定了下方的沙丘,使其不再移动。在这种情况下,只要沙漠遇到了降水,就会有植物生长,而植物的生长也会产生水分涵养效果,最后让这片区域充满了变成植物繁茂的草地。


但是植物长得太高也会影响到光伏的正常发电效率,这时就需要除草了,不过简单地将草除掉未免太过可惜,因此有不少光伏发电站还附带了一些农牧业产品,比如在光伏电站下种蔬菜水果,或者饲养羊群让它们将光伏电站下的杂草吃掉。


这样一来不仅形成了生态循环,不仅改善了当地的沙漠环境,通过太阳能转换成电能,光伏电站的农牧业产品也能带来一定的经济效益,某些电站的附加产物已经超过了沙漠光伏的成本,也极大降低了光伏电站的运维成本。


小结


随着国家提出碳中和的战略目标后,低能耗、清洁能源将是未来的必然方向,尤其在前段时间的缺电限产,正是由于火电占比过高,让煤炭供应稍有波动就造成用电供应不足所致。光伏属于清洁能源,同时污染可控、弃电率低,还能改善沙漠环境。光伏+沙漠,将会是一个巨大的新兴市场。

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