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杜克大學研究:霧霾顯著降低中國光伏發電效率

根據國際能源署的數據,2016年中國新增光伏裝機34GW,這一數字是美國的兩倍還多,佔世界新增裝機容量的一半。以太陽能為代表的清潔能源若得以替代燃煤為主的發電結構,將極大地改善中國的環境狀況,在清潔能源領域的巨額投資正是中國各級政府的重點舉措之一。

鋪設光伏電板會改善空氣質量,這是我們一直理解的因果關係。但是,反過來呢?尚待改善的空氣質量會不會反過來影響光伏電板發電?杜克大學的最新研究肯定了我們的疑問,基於NASA GISS的全球氣候模型數據,研究發現,空氣污染中的顆粒物會大規模折損光伏發電效率,幅度甚至可以達到17%以上。

而短波的太陽輻射光線由於受到灰塵和顆粒物的阻礙,被吸收和散射,這一被稱為太陽光減弱 (solar dimming) 的現象使得光伏組件接收輻射強度被降低,從而帶來發電損失。根據該研究,以中國目前的光伏發電能力估算,霧霾造成的電力損失高達11GW,這一數字是中國新增光伏裝機容量的近三分之一。

值得注意的是,人為造成的顆粒物對光伏發電的影響超過了自然界的灰塵。研究人員對於光伏組件表面的沉積物進行了採樣和成分分析,發現其中僅有8%是非塵土顆粒物,即人類活動產生的。這8%雖然聽起來不足為慮,但是因為其中含有有機碳、炭黑等成分,碳原子吸收陽光的能力更強;而且由於粒子更小,陽光更容易被散射。也因此,人類活動對於發電效率的損失甚至超過佔比92%的塵土。

世界最大的光伏組件生產商之一英利集團對此感受頗深,技術中心副總經理倪健雄介紹說,英利通過對比並監控自動清潔機器人的光伏組件與常規安裝組件戶外發電量發現:在河北邢台、保定等“著名”的霧霾城市,霧霾時段的發電量可以降低80%以上,在霧霾最為嚴重的時候,幾乎就不發電。

研究團隊成員,杜克大學土木與環境工程系教授Drew Shindell表示,這些由人類活動產生的顆粒物,使得中國比其他國家面臨更為嚴重的光伏發電損失。根據研究,中國中部和東部地區,在每月擦洗一次光伏組件的情況下,顆粒物將造成光伏組件發電效率降低17%~25%;若擦洗間隔為2個月,光伏組件的發電效率則將降低25%~35%

中國的地面大型電站對於擦洗並沒有統一標準,一般是通過監控發電量來決定什麼時候擦洗。總部位於山東省青島市的薩納斯新能源科技有限公司專門服務於光伏電站的運營維護,公司總經理耿文強告訴中外對話,從組件維護的角度,現在中國北方的大型地面電站,基本上要保證標準的每年四次擦洗,在污染嚴重的情況下,可以根據現場情況適當增加擦洗次數。

根據該研究,擦洗後的光伏組件單日發電量會提高50%,效果顯著。

倪健雄表示,毋庸置疑,保持光伏電板的清潔非常重要,提升發電效率的同時,還能有效維護光伏組件,因為顆粒物的長期聚集可能使組件大量發熱,造成熱斑現象,威脅組件壽命。

但是,對於企業而言,更現實的問題是擦洗需要用到的水。在中國光照資源豐富的西北地區,水往往比電珍貴得多,用水量提升發電量是顯然不值得的。耿文強表示,因為擦洗需要大量水資源的投入,是一筆不小的成本,因此企業需要對擦洗投入和發電實際收益進行綜合對比,以此決定擦洗頻次。更專業的光伏運維企業,還會利用光伏大數據分析和挖掘的結果,得出清洗的最佳性價比。

分佈式電站其實是霧霾影響的主要受害者。與大型地面電站定期擦洗維護不同,小型的屋頂項目建成後普遍僅依靠雨雪等自然天氣擦洗,缺乏後期運營維護,這進一步加劇了霧霾污染的影響。

愛康科技公關總監張衛紅告訴中外對話,“很少會有居民用戶想到爬上自家的樓頂去擦拭光伏電板”。

空氣質量差,折損清潔能源發電;清潔能源發展的不好,又不利於環境的改善。張衛紅坦言,對於光伏領域的投資者而言,頻發的霧霾天氣增加了一項難以控制的系統性風險。

中國影響光伏發電效率的顆粒物主要來源是人類活動,所以政府有更大的潛力可以減少排放、降低污染。政府有多種手段可以選擇,包括燃料選擇、排放權定價、可再生能源優惠政策。其效益也是顯而易見的,光伏發電量提高之外,考慮到可吸入顆粒物的健康隱患,無疑也會大幅提高人們的健康水平。

另外,這也從另一個角度說明,一邊發展光伏發電一邊繼續修建燃煤火電站的折衷做法可能並不是一個好主意,因為後者會很大程度影響前者的運行。

 

資料來源:Chinadialogue (2017-10-12) (PIDC 編譯)