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太陽能的下一次浪潮: 漂浮式光伏

2014 年，漂浮式太陽能發(fā)電裝機(jī)容量僅為 10 MW，到 2020 年已超過了 1.1 GW，增長了 100 倍。漂浮式太陽能為行業(yè)利益攸關(guān)方提供了全新選擇，有助于節(jié)省寶貴的土地資源，用于其他開發(fā)用途。但是，在水上安裝太陽能光伏板并非易事，需要先進(jìn)的技術(shù)加持。

DNV GL 旗下的 GreenPowerMonitor (GPM) 公司是漂浮式光伏電站解決方案leader，它與 Moxa 合作開發(fā)的集成解決方案成為漂浮式光伏電站Efficient運(yùn)維的重要助力。

覆蓋全球，惠及當(dāng)?shù)?/strong>
隨著太陽能、風(fēng)能和水力發(fā)電的不斷興起，可再生能源產(chǎn)業(yè)迎來了關(guān)鍵發(fā)展時(shí)機(jī)。據(jù)國際能源署的統(tǒng)計(jì)，2020 年第一季度，可再生能源在全球發(fā)電中的份額躍升至近 28％。在過去幾年中，漂浮式太陽能技術(shù)是被大眾看好的創(chuàng)新技術(shù)之一。

漂浮式太陽能也被稱為漂浮式光伏，是指將太陽能板安裝在水域的浮體平臺上。水可為光伏板降溫，因此，與安裝在陸地上的太陽能電站相比發(fā)電效率更高。GPM 亞太區(qū)總經(jīng)理 Albert Carrera 解釋說：“每當(dāng)溫度超過 25℃，光伏板的效率就會下降?！?漂浮式太陽能電站特別適合土地面積有限但電力需求高，同時(shí)亟需節(jié)水的區(qū)域。例如：灌溉水庫、水電大壩、水處理設(shè)施、尾礦池，甚至是養(yǎng)殖池塘。光伏板還會為這些水域帶來多重益處。例如：減少水體富營養(yǎng)化、抑制藻類生長、保護(hù)水源，以及更好地利用水資源。

漂浮式光伏發(fā)電與水力發(fā)電相結(jié)合的優(yōu)勢
?充分利用現(xiàn)有傳輸基礎(chǔ)設(shè)施
?更好地應(yīng)對太陽能的多變性
?提高發(fā)電量
?靠近需求市場
?滿足需求的水源充足

漂浮式光伏為提升太陽能發(fā)電能力創(chuàng)造了新的機(jī)會，對于人口密度高、可用土地緊缺的國家尤其如此。當(dāng)前，中國大陸、臺灣、日本和韓國等國家和地區(qū)的漂浮式太陽能電站裝機(jī)總量達(dá)到 2,400 MW，可為 24 萬戶家庭提供充足的電力。數(shù)據(jù)顯示，僅在短短六年內(nèi)，全球漂浮式太陽能的裝機(jī)容量就增長了 100 倍。據(jù)估計(jì)，在全球范圍內(nèi)，僅在人工和天然內(nèi)陸水域中建造漂浮式太陽能電站就具有高達(dá) 4 TW 的潛在總?cè)萘俊?br />
挑戰(zhàn)風(fēng)、水和野生動植物，讓維運(yùn)重重難
雖然漂浮式光伏電站潛力巨大，發(fā)展前景良好，但也面臨重大挑戰(zhàn)。第一大挑戰(zhàn)就是建設(shè)經(jīng)久耐用的光伏電站。這與在地面上建設(shè)太陽能發(fā)電場不同，需要考慮多種特殊因素，例如安裝光伏樁的正確位置，如何將光伏樁固定在水底，以及如何處理系泊問題。

第二是運(yùn)維方面的挑戰(zhàn)。Carrera 指出：“它不像地面太陽能發(fā)電場那樣方便運(yùn)維。傳感器和光伏電池板都安裝在島嶼上，對維護(hù)工作造成特殊挑戰(zhàn)。”因此，運(yùn)維工作需要由經(jīng)過資格認(rèn)證的人員進(jìn)行。運(yùn)維人員可能需要乘船前往遠(yuǎn)離陸地的浮臺或島嶼上開展工作。另外，由于必須要確保運(yùn)維人員的safety，天氣也成為這項(xiàng)工作的限制因素。例如，需要監(jiān)測風(fēng)力載荷，避免強(qiáng)風(fēng)作業(yè)。由于周圍環(huán)境不穩(wěn)定且不可預(yù)測，Carrera 表示：“你必須會游泳，以防溺水?！?br />
如果缺少 IIoT 技術(shù)，電站將只能依靠例行檢查，由值班員工每天到現(xiàn)場對所有設(shè)備進(jìn)行檢查。不管設(shè)備狀況如何，這些例行檢查都將成為固定支出。進(jìn)行例行檢查，或者為換取合適維修工具而往返于岸邊與部署站點(diǎn)之間，往往會耗費(fèi)很多時(shí)間。如果發(fā)生意外的電壓跌落，且在岸上無法確定其原因和位置，檢查人員就必須檢查每一個(gè)浮動模塊，直至找到故障模塊。整個(gè)過程就如同大海撈針，既漫長又乏味。

另外，濕度大、鹽分高的環(huán)境易引起腐蝕，因此板載電子設(shè)備的使用壽命會大大縮短。這些挑戰(zhàn)令部署 IIoT 技術(shù)成為必需，從而提升運(yùn)維工作的效率和safety。

方案
生態(tài)與技術(shù)perfect結(jié)合，讓設(shè)備管理簡便易行
迄今為止，GPM 在超過 72 個(gè)國家和地區(qū)管理著超過 32 GW 的可再生能源（太陽能、電能儲存和風(fēng)能）。憑借在可再生能源領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，GPM 致力于為漂浮式太陽能行業(yè)設(shè)計(jì)解決方案，以應(yīng)對運(yùn)維人員面臨的多重挑戰(zhàn)。遠(yuǎn)程監(jiān)測并解決問題的技術(shù)是助力運(yùn)維人員應(yīng)對前述挑戰(zhàn)的optimum方法。例如：通過使用傳感器、智能分析和監(jiān)控，可減輕運(yùn)維人員的負(fù)擔(dān)，guarantee設(shè)備持續(xù)正常運(yùn)行。

GPM 已為幾十座漂浮式太陽能電站提供了設(shè)備管理解決方案，采用 IIoT 互聯(lián)技術(shù)，讓電站所有者能通過 GPM SCADA 平臺實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)電及設(shè)備狀況，并在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行維護(hù)檢查。GPM SCADA 平臺也集成操作票 (ticketing) 功能，運(yùn)維人員能以此追蹤所有設(shè)備活動和服務(wù)申請。該功能組件可直接與報(bào)警系統(tǒng)連接，并自動生成通知單，以實(shí)現(xiàn)無縫維護(hù)。

GPM 平臺的另一優(yōu)勢在于集成傳感器，用于收集數(shù)據(jù)并分析比較地面太陽能電站與漂浮式太陽能項(xiàng)目的優(yōu)劣。Carrera 表示：“有了這些數(shù)據(jù)，電站所有者就能在漂浮式和地面太陽能項(xiàng)目間做出更好的投資選擇?！?br />
除此之外，通過比較不同情況下的設(shè)備功能，GPM 能開發(fā)出新型機(jī)器學(xué)習(xí)算法，讓電站所有者預(yù)先確定潛在故障率，并對設(shè)備進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)，以避免permanent性損壞。如濕度增加會導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部溫度升高，設(shè)備使用壽命可能因此大大縮短。新型機(jī)器學(xué)習(xí)算法能幫助電站所有者預(yù)測潛在故障，在濕度即將到達(dá)設(shè)定值時(shí)發(fā)出警告，并自動觸發(fā)防范措施。

方案
不懼嚴(yán)苛環(huán)境，化挑戰(zhàn)為機(jī)遇
GPM 通過與 IIoT 互聯(lián)硬件技術(shù)伙伴 Moxa 合作，為客戶提供綜合性解決方案。事實(shí)證明，Moxa 通訊及計(jì)算設(shè)備，即使部署于嚴(yán)苛環(huán)境，如戶外水體中，也throughout可靠耐用。

安裝于漂浮式光伏板上的設(shè)備都要經(jīng)受陽光的直接照射，因此必須采用耐高溫設(shè)計(jì)。Moxa 通訊及計(jì)算設(shè)備可在高達(dá) 75℃ 的環(huán)境下作業(yè)，保證運(yùn)行順暢、不受干擾。一直以來，Moxa 憑借經(jīng)久耐用的高品質(zhì)產(chǎn)品和對客戶的堅(jiān)定承諾享譽(yù)業(yè)內(nèi)。

Carrera 談到：“雖然水和電是一對天生冤家，但我們在光伏島項(xiàng)目上從未遇到任何設(shè)備問題，這多虧了 Moxa 的產(chǎn)品，他們無可替代?！庇辛?Moxa 的支持，GPM 才能更好地兌現(xiàn)向客戶提供長期服務(wù)的承諾。Carrera 進(jìn)一步指出：“目前我們?nèi)〉玫某晒x不開與硬件技術(shù)伙伴 Moxa 的合作。我們相信，與 Moxa 的伙伴關(guān)系是我們未來成功的關(guān)鍵?！?br />

過去十年里，GPM 一直與 Moxa 合作，為全球客戶提供高質(zhì)量硬件設(shè)備。兩家公司已合作超過 2,000 個(gè)項(xiàng)目，其中包括日本和歐洲的 15 個(gè)漂浮式太陽能光伏裝置。GPM 解決方案集成了 Moxa 硬件產(chǎn)品及數(shù)據(jù)互聯(lián)技術(shù)，包括：用作數(shù)據(jù)記錄器的 Moxa UC 系列工業(yè)無風(fēng)扇計(jì)算機(jī)、用于讀取變電站傳感器信息的 ioLogik I/O 系列產(chǎn)品，以及 EDS 系列網(wǎng)管型以太網(wǎng)交換機(jī)。EDS 系列采用 Turbo Ring 自愈冗余技術(shù)，構(gòu)建可靠網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)由光纖將數(shù)據(jù)傳輸至逆變器等電力資產(chǎn)。

UC-8200

強(qiáng)大的硬件、Efficient的運(yùn)維及先進(jìn)的技術(shù)解決方案三者結(jié)合，顯著提高了電網(wǎng)中可再生資源，尤其是漂浮式太陽能電力的比例。展望未來，這項(xiàng)太陽能和水能的perfect融合將極大造福地球，能為土地稀缺的地區(qū)創(chuàng)造清潔能源。

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