渔光互补技术在农村分布式能源发展中的研究与实践.pdf

调 查INVESTIGATION272023.08渔光互补技术在渔光互补技术在农村分布式能源发展中的研究与实践农村分布式能源发展中的研究与实践 国网浙江省电力有限公司舟山供电公司 张 非 李 凯 王秀秀 虞哲燕国网浙江省电力有限公司舟山供电公司 张 非 李 凯 王秀秀 虞哲燕近年来，为加快能源消费转型升级，推动“双碳”目标落地实施，全社会开启了新能源发展应用的加速键。随着太阳能发电技术的成熟，农村地区分布式光伏发电站如雨后春笋般涌现，既能缓解紧张的能源需求，又能实现绿色低碳发展的目标，因此光伏发电技术在世界各国的发展势如破竹，已占据新能源领域的半壁江山。光伏发电技术最核心的是光伏电站，光伏电站的建设需要长期占用大量土地资源，而我国人均土地占地面积少，光伏建设投资回报周期较长，导致光伏电站的发展受到一定限制。我国东部沿海地区水产养殖业较为发达，尤其是舟山作为海洋渔业强市，享有“海天佛国，渔都港城”美誉，海域面积占比高达 96%，具有发展渔光互补光伏发电的广阔前景和得天独厚的地理优势。渔光互补1是国内分布式光伏圈内的新秀，采用“板上发电、板下养殖”的模式，在不改变形态、不影响地面原使用功能的前提下，充分发挥渔、光互补优势，让渔业养殖与新能源产业同步发展，极大地提高了土地的利用率和单位面积土地的产值，既能缓解生态压力，又能实现一地多用，真正实现发电和养殖双赢。农村地区因地理条件限制，多采用分布式光伏发电技术，主要建设在厂房屋顶及水库区域。根据应用场景不同，又可细分为养殖、种植业应用的农光互补，渔光互补发电和屋顶分布式发电以及与微电网技术结合的分布式发电等模式2。总体而言，渔光互补光伏发电技术采用取之不尽、用之不竭的太阳能作为能量来源，结合地理发展条件节约土地资源，在发电过程中不会产生对环境有害的物质，在提高收益和节能减排上面的优势日趋明显，目前已在东南沿海地区被认为是建设分布式光伏电站的最优实践，并逐步向中西部地区拓展。渔光互补发展现状渔光互补的发展我国渔光互补光伏发电技术相较于国外发展较晚，2014 年 9 月 2 日，国家能源局发布的关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知中提到，应因地制宜利用滩涂、鱼塘、湖泊等建设就地消纳的分布式光伏电站3，江苏常熟于 2014 年实现国内首家渔光互补光伏电站并网投运，这为渔光互补光伏技术的发展和推广起到了示范引领作用。近年来，江苏、浙江等地渔光互补光伏电站如星罗棋布般发展起来。2022 年 1 月，浙江省人民政府办公厅印发浙江省扩大有效投资政策随着科技创新和光伏产业的发展，渔光互补光伏发电项目在东部沿海地区得到快速应用。渔光互补是将新能源和渔业结合在一起，采用水面上建设光伏电站，水面下进行水产养殖的模式，从而实现“一地两用、渔光互补”，可有效降低水域高温影响，提高水产养殖效益，促进节能绿色发展，推动农村产业结构优化，达到经济效益、社会效益和生态效益双赢的目的。编辑：张影 编辑：张影 调 查INVESTIGATION282023.08二十条，其中明确提出，“加快光伏发电项目建设。允许 10 万米3以下水库水面建设渔光互补光伏发电项目。”目前已经并网的典型项目有浙江宁波慈溪200兆瓦渔光互补光伏发电项目，江苏扬州宝应 108 兆瓦渔光互补光伏发电项目，以及湖南益阳北港长河 100兆瓦渔光互补项目等。渔光互补建设模式目前，水面光伏电站的建设模式主要为渔光互补式和漂浮式，其中渔光互补式光伏电站又称为固定式光伏电站，采用打桩建设模式，常规采用 228 排布方案为基本单元，每个基本单元 8 根桩，具有施工方便、适用性广、成本较低、结构稳定等优势，但随着水深的增加，打桩电站的成本也会明显上升。漂浮式光伏电站结合现有光伏漂浮系统的网箱结构及渔光互补装置，由漂浮方阵提供浮力，适用于水深、浪高、水底环境要求高、养殖鱼类等特定场景，可减少水分蒸发，抑制藻类生长，防止水体富营养化，具有运维便利，水面清洁良好，成本较低等优势。渔光互补特点在环保性能上，渔光互补光伏电站采用太阳能发电，环保无污染，通过光伏组件的安装，可在一定程度上降低水面温度，夏季为水域提供良好的遮挡作用，降低水产生物高温影响及水面植物光合作用，一定程度上抑制藻类繁殖，提高水质环境和资源利用效率。在产研结合上，当前渔光互补发展迅速，“光伏业务”融合性高，可充分促进渔业生产和光伏发电的协同性、互补性和融合性，并据此建立渔光互补技术体系或标准，并为光伏业务提供一站式解决方案新思路，产研学结合并进形成产业生态新模式，进一步提高科技创新能力，促使乡村振兴更上新台阶。在效益发展上，渔光互补项目无能源消耗成本，在当今国际形势下，可为用户节省大量投资成本，又可获取持续稳定的补贴收益，达到增产增收的目的，提高水库或鱼塘综合可利用价值。加上模块化设计、模块化设备匹配度高，将极大提升系统可靠性和维护便利性。渔光互补项目技术应用项目气象地理条件舟 山 市 太 阳 能 资 源 充 足，根据 气 象 数 据 显 示，年 日 照 小 时 数达 2 100 2 800 小 时，2020 年 全年日照小时数位列浙江省第一，年日 照 天 数 为 233 242 天，日 平均气温为 16.3，年太阳辐射量为468.3 492.7 千焦/厘米2是国内太阳能资源可利用的优质开发区域。舟山市定海区某养殖场位于舟山市定海区长白岛，地形狭长，四面环海，沿岸多深水良港，良好的地理环境满足了渔光互补光伏项目的一切要求，可充分利用广袤的水上区域开发丰富的太阳能资源，建设绿色环保的图12021年浙江省年平均日照时数分布图12021年浙江省年平均日照时数分布图22021年浙江省年平均总辐射分布图22021年浙江省年平均总辐射分布（小 时）（兆焦/米 2）调 查INVESTIGATION292023.08新能源业态，有利于推动社会、环境和经济三方更好地和谐发展。项目建设本项目整体设计思路为采用分布式光伏电池组件，分块安装于该养殖场，集中并网，采用自发自用，余电上网模式，按照就近分散接入，就地平衡消纳的原则进行设计，并在设计、安装时兼顾景观效果及自然环境的有机结合和减少土地的占用面积。光伏电站利用太阳能电池阵列将太阳能转换成直流电能，通过直流/交流并网逆变器将太阳能电池阵列发出的直流电逆变成 50 赫兹、380 伏的交流电，接至用户内部低压配电系统实现并网。该渔光互补光伏发电项目首期工程于 2022 年 7 月开工建设，总装机容量 215.82 千瓦，占地 2 000 米2，架设光伏板 394 块，逆变器 2 台，总投资90 万元，于 2022 年 12 月正式并网发电。目前已建成 1 个标准虾塘，预计年发电量约 28 万千瓦 时，每年可节约标准煤 70.9 吨，减少二氧化硫排放量 6.5 吨、氮氧化物排放量 3.2 吨、二氧化碳排放量 215.4 吨。2024 年前将实现 20 余个虾塘全覆盖，整体占地面积 40 万米2，届时该项目的整体年发电量可达 700 万千瓦 时。本工程首期规模 215 千瓦，一次建成投运，通过太阳能电池板阵列将太阳能转换成直流电能，再经串式并网型逆变器，单台逆变器功率为 100千瓦，将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，并入电网。本项目采用分散逆变、集中并网的布置方式，多个逆变器出线通过各自配电箱汇总后，通过一回线路将分布式光伏接入 380 伏低压母线，实际输出最大交流功率约 800 千瓦。项目一次系统接线示意图见图 3。项目效益分析经济效益减少能源消耗成本。渔光互补项目利用技术的创新集成，将太阳能转换成可供养殖的电能，降低养殖成本，实现零污染、零排放智能养殖模式，对于传统水产养殖转型具有里程碑式的意义。统计数据显示，每节约 1 千瓦时电量，相当于减少 0.785 千克碳排放，相应节约 0.4 千克标准煤，减少二氧化碳排放量 0.997 千克、二氧化硫 0.03 千克、氮氧化物 0.015 千克。该项目预计年发电量 28 万千瓦 时，因此每年可减少煤炭消耗 112 万吨，减少碳排放量 133.9万吨，减少二氧化碳排放量 279.2 万吨、二氧化硫 8.4 万吨、氮氧化物 4.2 万吨。这种清洁、低碳、高效的养殖模式，不仅能实现渔、光一体化发展，还为我国经济可持续发展和服务清洁能源产业发展提供全新思路，推动社会高质量实现“双碳”目标。推动农村创效增收。结合当前光伏建设补贴政策，该项目主要收益为上网电费，可通过年发电量测算年度收益。项目经营期内年度发电量计算公式为：E=tPK式中：E 为年发电量，千瓦 时；t 为当地年峰值日照时长，小时；P 为光伏方阵安装容量，千瓦；K 为电池组件长期运行性能衰降修正系数，一般取 0.9。舟山市峰值日照时长为 3.92 小时/天，光 伏 方 阵 安 装 容 量 为 215千瓦，根据计算公式可知：年发电图3一次系统接线示意图图3一次系统接线示意图1 0 千伏公共电网调 查INVESTIGATION302023.08量=3.923652150.9=276 859.8千瓦 时。浙江省上网电价为 0.415 3 元/千瓦时，由上述年发电量计算年收益公式为：Ar=E Pe+E Pa式中：Ar为年收益，元；E 为年发电量，千瓦 时；Pe为上网电价，元/千瓦 时；Pa为发电补贴，元/千瓦 时。代 入 上 述 数 值 进 行 计 算：276 859.80.415 3=114 979.88 元该系统投入成本 900 000 元，年收益 114 979.88 元，投资回报周期为：900 000/114 979.88 7.82，因此大约需要 7.8 年时间能够收回投资。一般来讲，光伏发电系统的使用期限普遍为 25 年，因此从第 8 年至 25 年之间基本获取为纯利润。以此 为 基 础 测 算：25 年的总利润=25 114 979.88=2 874 497元；净利润=（25 8）114 979.88=1 954 657.96元；平均年收益=1 954 657.96/25=78 186.32元。综上所述，该项目具有良好的经济效益，投资回报周期短，可作为农村地区“光伏产业发展及创收增效”的主要推广模式。社会效益符合国家节能减碳发展理念。当今国际能源资源紧张，成本居高不下，渔光互补项目可有效减少能源消耗，尤其是煤炭资源，每年可减少二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等数万吨的排放量，具有非常好的节能减排效益和绿色环保价值，也是实现“碳达峰、碳中和”目标的必由之路。随着“光伏+产业结构”的发展，渔光互补、农光互补等一系列生态模式应运而生，进一步深入践行绿水青山的发展理念，推动了乡村用能优化，提高能效使用水平，从而助力实现乡村绿色、低碳、经济发展。拉动地方经济增长引擎。渔光互补项目通过获取稳定持续的上网电费及补贴，因此在农村获得了快速发展，有助于“双碳”目标下农村农业转型和地方产业优化升级，切实提高农业附加值和农村生产力，增加乡村客户收益和水产效益，实现清洁能源和农村生产养殖的跨界融合，推动农村水产养殖全面升级改造、结构更加优化、用能更加高效，为拉动地方经济增长，实现绿色可持续发展提供了全新思路。旅游科教价值远大。项目建成后，可与农村旅游资源互相融合辅助，助力打造宜居、宜游、宜业的现代化乡村。通过打造舟山海岛水产品牌，赋能乡村振兴，在增加水产品附加值的同时，可结合旅游业发展现代休闲观光农渔业。如何借助舟山群岛优势，利用大规模的渔光互补设施吸引游客观光旅游，打造舟山城市特色新名片，推动发展特色旅游产业，切实提升村民的幸福感、获得感。同时，项目实施过程中也可建立可持续的政府、企业、高校等多方联动机制，打造集绿色能源、现代农业、文旅休闲、乡村研学为一体的产学研科教平台，推动乡村振兴与绿色发展。生态效益促 进 节 水 减 排。渔 光 互 补 光伏发电项目可有效减少水体蒸发量70%85%，有利于降低水产养殖的经济和环境成本，且改变了传统的养殖设施结构，一定程度上提高水产存活率，并可在此基础上优化调整，建设具有循环功能的水产养殖系统，通过改变传统养殖模式，扩大水产养殖面积，不仅为水产养殖提供足够的能源，又可实现节水增效。此外，该项目不会产生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等对环境有害的物质，且会抑制藻类生物的光合作用，控制水草生长泛滥，避免水藻污染，有利于生态修复。推动智慧渔业发展。分析研究表明，渔光互补光伏电站对水体中的温度、营养度、光照条件等都有较强影响，在一定程度上可为不同养殖种类水产生物提供理想的生长条件。由于光照强度和周期变化会对水产系统造成一定影响，也可通过人工控制手段改变光照条件，实现水产生物的优质、快速生长，推动舟山群岛蓝色海洋经济实现跨越式发展。结论长白大满养殖场是将现代渔业园区与光伏发电项目高度结合的应用典范，开启了水下养殖与水上发电的双赢模式，在充分发挥土地效益，实现水域高效利用、增加清洁能源产能的同时，提高水产品的质量和效益，打造特色旅游休闲模式，实现生态农业发展和农民创效增收，对土地综合利用和光伏产业发展起到良好的示范引领作用，真正实现经济效益、社会效益和生态效益共同发展。同时，加快新能源与各区域产业的融合发展，大力促进乡村振兴，推动区域经济跨越发展贡献力量，是可在农村地区推动发展的“光伏产业”新思路、新模式。参考文献 1 姜欣蔚,马春雷.渔光互补光伏电站的发展与应用J.水利水电,2019:192.2 唐荣梅,罗赟,诸小丽,李洁.太阳能光伏发电应用模式探究J.轻工科技,2017,33(1):56-57.3 赵轶洁.探索“渔光互补”发展光伏农业以鄂州20MWp农业光伏科技示范园为例J.安徽农业科学,2015,43(22):360-362.