埼玉桶川：可供候鸟休憩的水上百万瓦级光伏电站

 一提到百万瓦级光伏电站，大家一般会想到在一望无际的平地上，铺满了用来发电的太阳能电池板。而位于埼玉县桶川市东部工业园区内一座蓄水池中的“水上光伏桶川”，则是漂浮在水上的光伏电站（图1）。当初建造这座蓄水池，原本是为了调整河流的水量，而现如今，在面积约为3万平方米的池面上，大约4500枚太阳能电池板占据了约1.24万平方米。秋冬交替之时，承托太阳能电池板的架台会迎来大量的候鸟、水鸟等各种鸟类在此休憩（图2）。

使太阳能电池板漂浮在湖泊和池塘中的方法具有很多优点。湖泊和池塘的所有者能够得到过去从未想过的租金和营业税收入。而发电企业不仅能够享受低廉的租金，而且无需支付平整土地的费用，除草等维护管理费相对较低。再者，即使使用在夏季高温期发电能力会下降的晶体硅系太阳能电池板，通过利用清凉水面的冷却效果，能够遏制电池板升温，与地面设置型相比，更容易确保发电量。但是，由于安装成本较高，因此这种方法也存在需要解决的课题，例如如何吸收增加的成本、确保盈利。


West Holdings公司专务董事永岛岁久表示，水上光伏桶川的输出功率约为1.2兆瓦，“估计是世界上最大规模的水上光伏电站”。电站于2013年7月投入使用，预计年发电量约为125万千瓦，大约相当于400个普通四口之家的用电量。

蓄水池归属桶川市所有，负责建设百万瓦级光伏电站及运营的则是West Holdings集团。通过这次合作，桶川市实现了通过建设百万瓦级光伏电站有效利用调整池这一行政资产的目的。

负责运营的是West Holdings的关联企业日本百万瓦级光伏发电公司（东京都涩谷区），桶川市在20年内，每年能从该公司获得185.9万日元的水上使用权出让金和售电业务的营业税。而在此之前，蓄水池除了蓄水之外没有其他功能，除非出现紧急情况，其他时间没有用武之地，只能消耗维护管理成本。因此，能够利用蓄水池获得新的现金收入是一个很大的好处。

蓄水池的主要作用是防范该地区多发的中川、绫濑川及其支流的泛滥。出现暴雨时，河流将增加的部分水量排入蓄水池，防止洪水泛滥。在桶川市等埼玉县东部的平原上，这样的蓄水池星罗棋布。

---

 
蓄水池归地方政府所有，因此按照桶川市的要求，建设的发电设备配备了独立运转功能和移动式蓄电池。以便在发生灾害和停电时，充当地区的应急电源。除了用于日常售电的500千瓦功率调节器（PCS）外，还安装了用于应急电源的250千瓦功率调节器。两种功率调节器均为东芝三菱电机产业系统（TMEIC）制造。

如何使太阳能电池板漂浮在池塘上？

是用什么方法使约4500枚太阳能电池板漂浮在池塘上的？在蓄水池上，利用类似竹筏的塑料构件取代地面设置型使用的金属架台（图3），搭载太阳能电池板漂浮在水面上。在水上漂浮会受到水面水流的影响，因此必须采取措施，防止太阳能电池板大幅移位，或是因池塘水位发生变化而倾斜。


建设的流程是，首先组装类似竹筏的塑料构件，用船只运输到指定位置，以20枚为一组，安装太阳能电池板，然后重复这一作业，固定太阳能电池板（图4）。为了防止整体随风和水流流动，四角通过向池塘底部抛锚，进行了固定。在风大的日子，池塘的水面会泛起波浪，通过改进构件的连接点，可以吸收波浪引发的晃动。


West Holdings表示，从这座蓄水池的截面来看，底面基本水平，越靠近岸边，越向上倾斜，形状很像洗脸盆。因此，造成问题的并不是水位上涨，而是水位下降。如果太阳能电池板漂浮的位置靠近岸边，当水位下降时，离岸边近的太阳能电池板有可能接触池底，被池底顶起，从而影响发电。因此，漂浮的位置选在了远离岸边，能够应对9米水位差的地方。之所以把9米的水位差作为前提，是因为池底有涌水，水位在降到一定程度后，很难继续下降（图5）。

安装太阳能电池板的类似竹筏的构件内部中空，叫作“浮体”。这种构件由法国Ciel et Terre International公司制造。欧美等地已领先在池塘等处建设浮在水面上的光伏电站。此次之所以采用该公司生产的浮体，正是因为看中了欧美丰富的成功案例。但West Holdings专务董事永岛岁久表示，“用于桶川这种百万瓦规模电站的案例还比较稀少”，因此，此次使用的构件是与West Holdings集团合作开发。

---

 
太阳能电池板采用Ciel et Terre公司推荐的中国晶澳太阳能公司制造的产品，是浮体的最佳选择。太阳能电池板的安装角度为15度。考虑到了减少风压影响，并且确保发电量的平衡。因为按照推测，池塘表面的灰尘少，即使安装角度小于地面设置型，脏污对于发电量也没有太大的影响。

除此之外，要使太阳能电池板漂浮在水面上进行发电，还需要注意以下几点重要事项，就是要在太阳能电池板的背面和侧面采用防止进水的技术、在电接点处采用防止因进水而造成短路的技术，以及防止绝缘电阻在潮湿环境下降低并导致漏电的技术等。

普及的重点在于施工期和建设成本

关于建设成本高于地面设置型的问题，West Holdings没有公开投资金额等数据。但West Energy Solution社长恩田英久介绍说，与West Holdings集团现有的地面设置型相比，“因为是第一次建设水上百万瓦级光伏电站，所以成本高出了约3成，但在今后，成本将不断降低”。浮体的购买成本容易发挥出量产效果，因此在今后，随着采用的增加，成本有望走低。

West Holdings集团已经公开宣布，建设地面设置型、输出功率为1兆瓦的百万瓦级光伏电站只需1个月。而此次建设约1.2兆瓦的水上电站却耗时3个月。West Holdings执行官荒木健二表示，从下次开始，工期估计可以缩短到约2个月。

工期之所以长，是因为技术人员要乘船完成在浮体上安装太阳能电池板、连接浮体等一系列安装过程。鉴于过程的特殊性，在冬季严寒时期很难进行施工。

关于运营和维护，目前还存在尚未了解之处。首先，水中虽然无需除草，但有水藻附着，需要进行清除。对此，West Holdings将进行为期1年的观察，确定清除的最佳时期。另外，虽然是人工蓄水池，但周围的小河汇流而入，水中还有鱼类栖息。对于电站对生态系统的影响，该公司也将观察情况，逐步采取措施。