近日，南方科技大学环境科学与工程学院副教授曾振中团队在Nature Sustainability发表题为“Energy production and water savings from floating solar photovoltaics on global reservoirs”的论文。该研究基于多个水库数据库和气候驱动的光伏性能模拟模型，估计了在全球11万个水库上铺设30%面积的浮式光伏（FPV）系统的潜在发电量为每年9.43万亿度，超过目前水力发电的两倍。并且发现在光伏板的覆盖下每年能够减少106立方千米的水分蒸发损失，这相当于3亿人的年用水量。通过合理的开发，水库浮式光伏可以用于提升能源和水安全，促进达成可持续发展目标。

将光伏系统安装在现有水库上的关键优势在于它们可以节约土地资源，而且大多数水库靠近现有电网，可以节约输电成本。此外，水分蒸发带来的冷却效应增加了光伏模块的能量转换效率，并且光伏板或浮子可以通过阻挡辐射和降低水温来减少水库的水损失。由于大规模可再生能源的应用在世界上大多数地区仍处于起步阶段，因此需要准确估算水库FPV的全球技术潜力，以确定其在不同能源组合中的潜在作用，促进达成“碳中和”目标。

研究团队利用全球现有水库数据和Sandia National Laboratories开发的光伏系统性能模型（PV_LIB），精确评估了在全球范围内不同覆盖面积下FPV的年发电潜力为4到11万亿度。在覆盖30%的面积且不超过30 km²的假设下，拥有超过2.5万个水库的美国具有接近2万亿度的发电潜力，单位面积发电量为177 kWh m^-2每年。中国目前的FPV总装机容量居世界首位，开发1.5万个水库后将增加1万亿度的年发电量。

图1. 覆盖率30%（不超过30 km²）下的全球水库浮式光伏年发电潜力。

水库浮式光伏的好处之一是其往往靠近电力消耗高的人口中心。因此，FPV将适用于希望通过专用系统自产电力的城市或社区，以与大型电力供应商竞争并刺激当地经济。此外，基于FPV的微电网等独立电力系统可以在电网基础设施不足的偏远地区提供灵活、便宜的电力。研究发现，在有足够储能设施的基础上，124个国家中的6256个城市，包括154个大都市，理论上可以完全由当地的水库FPV电站供电。

图2. 覆盖率30%（不超过30 km²）下各城市的水库浮式光伏发电潜力和电力需求比较。

如果采用完全覆盖水面的漂浮式结构，覆盖区的水分蒸发量接近于零，并且由于水库接收的太阳辐射减少，水温降低，周围水面的蒸发量也会减少。研究团队估计，覆盖30%水面的FPV系统可以平均使每个水库的蒸发减少46%，节约全球106立方千米的水分蒸发损失，这接近3亿人一年的用水量。

图3. 覆盖率30%（不超过30 km²）下的全球水库浮式光伏节水潜力。

南科大为论文第一单位。南科大环境科学与工程学院2021级硕士生金宇斌为论文第一作者，曾振中为论文通讯作者，合作单位包括南方科技大学、苏黎世联邦理工学院、泰国梅州大学、加州大学圣克鲁兹分校、哥德堡大学、密歇根大学和明阳智慧能源集团股份公司。以上研究得到了国家自然科学基金、南方科技大学启动基金的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41893-023-01089-6 

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：晏梓添

主图：丘妍

编辑：朱增光