兵库县稻美町的天满大池是该县历史最悠久的人工蓄水池。其旁边有个子池——河原山池,水面上有一座输出功率约为1.43MW的“河原山池水上光伏电站”(图1)。
图1:河原山池水面上的百万瓦级光伏电站
在兵库县内历史最悠久的蓄水池天满大池的子池上建设。二川工业制作所开发(摄影:日经BP社)
发电运营商是从事建筑机械、工业机器人及机械部件等业务的二川工业制作所(兵库县加古川市)。其主要客户有美国卡特彼勒等。
夏普提供“水上专用订购型产品”
二川工业制作所的起家之地兵库县,以蓄水池多而闻名。因此,考虑了租赁水池的水面建设光伏电站的方法。由金融机构介绍的美树工业(兵库县姫路市)负责EPC(设计、采购及施工)服务。该公司是很早就开始致力于光伏发电的中等规模有实力的建筑承包商。
利用蓄水池水面的光伏电站开发决定采用夏普的产品(图2)。其理由之一,是夏普提出了供应水上专用订购型产品的方案。夏普销售的普通产品在水上使用时,是没有质保的,但专用电池板在水上使用则提供20年的质保。
图2:采用夏普制造的水上专用电池板
浮体式架台采用法国Ciel Terre International的产品。图片是位于姫路市船津町的1.078MW“长池西水上光伏电站”(摄影:日经BP社)
二川工业制作所表示,水上专用产品与普通产品的差别,为将树脂背板换成了高耐湿型、在接线盒内填充了耐湿树脂等。
海外厂商制造的电池板中,有些普通产品号称在水上使用时也提供长期质保,原本打算采用。但后来发现,实际上并没有进行仔细的验证就提供质保,长期可靠性令人担心,因而最终放弃。
在水面上设置电池板和接线盒的浮体式架台采用法国Ciel Terre International的产品。该公司的浮体式架台为世界许多国家的水上设置型光伏电站所采用,日本也有很多采用案例。
光伏逆变器(PCS)为东芝三菱电机产业系统(TMEIC)和大阪变压器制造,根据蓄水池周围的环境和业务性等区分使用。
水上设置型的发电量要“高得多”
一般来说,水上设置型光伏电站与地上设置型相比,初期投资和维护成本更高。
二川工业制作所说,开发相同输出规模的发电站时,与地上设置型的土地租金相比,多数情况下水面使用费更低。但维护成本则是水上设置型高一些。
初期投资方面,当地上设置型需要全面平整时,整体来看,多数情况下水上设置型更低。
Ciel Terre International面向日本的浮体式架台在冈山县开始制造,日本企业采用时的成本大幅降低,似也有助于决定采用。
发电量方面,“水上设置型要高得多”。从5月份的发电量来看,据称发电量达到地上设置型的1.2倍左右。“以输出功率约为1.3MW的光伏电站为例,年发电量相差大约70万kWh”。
虽然与业务性没有直接关系,但在水面上设置太阳能电池板能遮挡照射进水中的阳光,还有抑制水草过度繁殖的效果(图3)。因此还有助于保护蓄水池的环境。
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图3:天满大池(上)以及在其子池上铺设了电池板的河原山池(下)的水面蓝藻的生长差别一目了然(摄影:日经BP社)
另外,兵库县的蓄水池水面使用费不是付给地方政府,而是付给保有蓄水池的地区管理团体。这是其他县所没有的机制。对地区来说是一个新的收入源,能为激活地区经济做贡献。
考虑到了堤体的定期修护
由此而开发的第一座水上设置型光伏电站就是输出功率为1.428MW的“河原山池水上光伏电站”(图4)。2015年7月开工建设,同年12月就开始了发电。
图4:输出功率为1.428MW的“河原山池水上光伏电站”
连接浮体式架台的长方形面呈锯齿状错开浮在水面上(上)。浮体式架台和电池板成为水鸟栖息的场所(下)(上图由二川工业制作所拍摄,下图由日经BP社拍摄)
河原山池是天满大池的子池,还拥有农业用蓄水池的功能。农林水产省从日本全国选出了100座作为农业用水源具备卓越特点的蓄水池,即“蓄水池百选”,天满大池是就是其中之一。并且以生长着珍稀植物荇菜而闻名。
设置光伏电站的水面使用费支付给蓄水池所有者——天满大池土地改良区。预计年发电量约为171万kWh,年售电额约为5400万日元。
河原山池的面积为5.3公顷,蓄水量为30.5万m3。约23%的面积为太阳能电池板和浮体式架台所覆盖。
比较有特点的是,连接浮体式架台构成的长方形“面”,是呈锯齿状错开漂浮在水面上的。从设置成本和施工效率来看,这并不是理想的配置方式。
电池板朝正南设置在长方形的面上。理想的方式是平整地连接这些面,但为了不妨碍蓄水池的管理而采用了错位连接方式。因为每隔几年要修护堤体,考虑到了届时要利用重型机械作业的情况。
Ciel Terre的浮体式架台设置角设定为12度,以12度的倾斜角铺设了5712张夏普制造的电池板(250W/张)。
PCS采用TMEIC的产品。电池板输出功率为1.428MW,而PCS输出功率为1.25MW,过载约1.14倍。
蓄水池占地内一般是没有平坦场所的。因此,水上设置型光伏电站大多都在蓄水池占地以外的毗邻场所设置PCS和升压变压器(配电箱)等。
而河原山池的占地内有平坦宽阔的场所(图5)。在此处设置了PCS和升压变压器。施工过程中还作为资材临时存放场所和浮体式架台的连接作业场所使用。
图5:在蓄水池占地内的平坦场所设置了PCS和升压变压器
左侧靠后的场所还作为浮体式架台连接作业等的场所使用(摄影:日经BP社)