论文部分内容阅读
什么是太阳能农牧场发展模式?即太阳能发电和农牧业的种植、养殖与放牧结合。欧洲、北美和澳大利亚是太阳能农牧场发展最快的地区和国家。
太阳能农牧场产业近年来在国际上刚刚兴起,它是现代光伏科技与农牧业生产的有机结合,在追求经济效益、社会效益与生态效益并举的基础上,开启了低碳农牧业发展的新模式。现在欧洲、北美等国家和地区已经形成了一套完整的光伏农业体系,但是该行业仍然属于尖端行业。欧洲、北美和澳大利亚是太阳能农牧场发展最快的国家和地区。
什么是太阳能农牧场的发展模式?即太阳能发电和农牧业的种植、养殖与放牧结合。例如,“渔光互补”、太阳能和种植大棚的结合、太阳能和养殖大棚的结合、太阳能和放牧场的结合,以及太阳能和农牧业机械及动力的结合等。其核心在于薄膜太阳能电池的透光性,动植物生长所需的主要光源可以直接穿透,不影响农作物与畜禽鱼的生长,能储存热量提高大棚温度,从而对畜禽鱼与植物的生长起到积极的影响。另外,太阳能光伏系统与现代农场相结合的大型并网发电项目,除了进行低成本的发电自用,剩余的电能还可并入地方与国家电网,可以取得优势互补、互利共赢的局面。
欧美等太阳能农牧场强势兴起
英国
近年来,英国政府根据其新的“差价合约”可再生能源支持系统,不仅对大型农场太阳能设定调整后的优惠价格,并引入太阳能的上网电价补贴后使农场安装太阳能设备的成本下降了30%,促使农牧业主兴办太阳能农牧场的热潮远超预期,由此在英国中、北部的威尔特郡、康沃尔郡和雷丁郡等地区涌现了一座座太阳能农牧场。例如,在南多塞郡米柏顿镇新建成的拉克斯太阳能农牧场。在这片面积175英亩的农场土地上仍继续用于放牧绵羊,但是由光伏系统发出来的清洁电力,不仅用于农场照明、饲草机械化管理与饲料加工等,预计每年生产的太阳能电力还能够满足约6000个当地家庭的电力能源需求。
另外,全球首座漂浮太阳能牧场最近在英国伯克郡的沃格雷夫羊群牧场首创建成。其“漂浮创新”体现在:200千瓦太阳能电池阵安装在水库旁边。这种漂浮式太阳能装备节省了大量耕地资源,还将极大削减碳排放及能源支出。
奥地利
在奥地利,由ALB太阳能股份有限公司新建成的该国最大的太阳能农牧场,位于奥地利中部东阿尔卑斯山脉海拔1900米的下陶恩山地区。寒冷的环境有利于太阳能电池板提高阳光转换效率,这个太阳能农牧场成为奥地利农业部创办太阳能现代牛马羊饲养项目的一个扩展。据Solar Server一份相关报告,该农场利用REC峰值能量系列太阳能电池组件预计每年生产250万千瓦时电力,为700户当地居民提供足够的清洁电力。
以色列
世界上第一座混合太阳能农牧场(简称HSF)建于以色列南部沙漠区的萨玛尔集体农庄,由以色列奥拉公司承建。该农场的核心机体为30米高的锅炉,形如矗立于沙漠中的高塔,塔身周围共有30面巨大的平面反射镜,按不同方位将阳光反射汇集于炉壁。这些经过反射聚变的巨大热量,足以将炉内的液态水煮沸成高温高压蒸汽,部分蒸汽经由绝热管线输送至蒸汽涡轮机以发出电力,部分则输送至高压储热器以储存热能,因此可全天候为萨玛尔农场的种植业与养殖业供电。
德国
德国近年来气温屡创新高,多数农民眼看农作物在高温下枯萎,牲畜赖以维生的草地也被烤焦。但在南德巴伐利亚州布特维森镇的盖特纳奶牛场,场主彼特森最近把家族经营了150年的奶牛场改建为太阳能农牧场,挽救了原本濒临破产的事业。据彼特森介绍,他申报政府取得补助后在农牧场上搭起1万余片太阳能板,这些面板把阳光源源不绝地转换成电力,不仅满足了草地灌溉、奶牛场管理的电力需求,还能将多余的2/3电力供邻近村庄使用获得更多收益。
法国
2014年,法国通过法令保证以每瓦电力高出市价1.5倍的价格,向自愿兴建太阳能发电农场的业主收购光伏电力,促使法国卢瓦河谷与罗纳河谷的农民纷纷把葡萄园改为太阳能葡萄农场。这些新建成的太阳能葡萄农场,每天产生的光伏电力,不仅用于葡萄园的人工光照、灌溉与葡萄藤苗管理等,还将其多余的电力供邻近村镇使用。
美国
近几年,美国太阳能农牧场快速发展,各州地方政府围绕着发展太阳能农牧场产业这一目标,相继出台了大量的政策法规与优惠策略,以促进这一新兴产业的发展。2015年,加州政府通过了一项可再生能源组合标准(RPS),要求农牧业全面开发符合供应与采购条件的可再生光伏电力资源,并计划到2020年实现53%的目标要求。
为了实现这一目标,加州奥比斯波县新建成一座Topaz太阳能农牧场。该农场投资高达25亿美元架设了超过900万块太阳能面板,具备550兆瓦的光伏电力输出能力,是全球最大的太阳能农牧场。其光伏电力不仅满足农场全部的用电需求,还能够满足16万乡镇家庭的用电需求,每年能够减少37.7万吨二氧化碳的排放。
在加州蒙特利县,苹果公司斥资8.48亿美元与First Solar合作“加州最大的平原太阳能农牧场项目”,正在为赫斯特杰克牧场建设太阳能农牧场。赫斯特杰克太阳能农牧场的建设预计将于2016年年底完成。该农场生产的光伏电力,除了农场自主用电外,其余电力以固定价格卖给苹果公司,确保苹果2号园区、加州其他办公室、纽瓦克数据中心和加州52家苹果零售店的运行。
由南加利福尼亚州政府投资的美国最大的沙漠太阳能农牧场,不久前在离洛杉矶市中心以东约273公里的里弗赛德县建成。该农场可产生550兆瓦的光伏电力,可供约16万户家庭使用,每年可减少排放的二氧化碳达30万吨,相当于减少6万辆汽车在路上行驶。
国际太阳能农牧场技术动向
当前国际太阳能农牧场的技术发展动向主要有以下几个方面。
美国:塔式太阳能技术
此种发电系统是通过多台跟踪太阳运动的定日镜将太阳辐射反射至放置于支撑塔上的吸热接收器上,吸热接收器的聚光倍率可超过1000倍。在这里把吸收的太阳光能转化成热能,再将热能传给工质,经过3000千瓦的热流密度的蓄热环节,再输入热动力机膨胀做工,带动发电机,最后以电能的形式输出。美国在加州南部巴斯托附近的沙漠地区先后建成“太阳1号”与“太阳2号”塔式太阳能农牧场,由1818面反射镜环包括接收器高达85.5米的高塔排列组成。 加拿大:凸透镜式太阳能技术
近年来,加拿大新建成的太阳能农牧场都采用了凸透镜式太阳能电池板。加拿大IBM分公司开发了凸透镜聚光发电系统,将太阳光经过凸透镜聚集后,再投射到太阳能电池板上,借此增大太阳光的强度,从而增加太阳能电池的发电量。但是,聚光发电遭遇的最大困难是温度问题。经过凸透镜聚光照射之后,太阳能电池板的表面温度可升高到l000℃。而加拿大IBM分公司的这套聚光发电之所以成功,是因为研究人员在传统的太阳能电池板上加入了特殊的制冷系统,它能将电池板的表面温度从1600℃降低到85℃,从而有效地避免太阳能电池板被烧毁。
西班牙:槽式太阳能技术
此种发电系统是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列,聚焦太阳直射光,加热真空集热管里面的工质,产生高温,再通过换热设备加热水产生高温高压的蒸汽,驱动汽轮机发电机组发电。西班牙在坎塔布连山区已经先后建成354兆瓦与50兆瓦的太阳能农牧场。
奥地利:线性菲涅尔式太阳能技术
奥地利政府在多瑙河畔建成了多座线性菲涅尔式太阳能农牧场。这种太阳能农牧场的发电系统是通过跟踪太阳运动的条形反射镜将太阳辐射聚集到吸热管上,加热管中的传热流体,再通过热力循环进行发电的系统。菲涅尔反射镜为平面结构,其加工成本相对低廉,但效率也相应降低。不过,线性菲涅尔反射镜场总体的光源利用率高,即场地利用率高;另外,更易模块化设计,运行成本较低,抗风性能优良,更易于商业化。
比利时:凹面镜式太阳能技术
该技术的原理就和超大规模的太阳灶一样,主体是凹式形状的镜面,把阳光反射以后再聚焦,生成的蒸气可以带动涡轮机发电。比利时热动力学研究所的科研人为全国农牧场开发了这种太阳能蓄热发电系统。参与研究的塔尔斯博士介绍说:“比起太阳能电池板来,装置凹面镜式太阳能热发电技术的农牧场,好处是可以储热,晚上也可以发电。”开发凹面镜式太阳能蓄热装置需要解决的首要问题是寻找合适的蓄热材料。比利时开发人员选中的是含钾、钠的硝酸盐,并在蓄热材料里分层铺设石墨导热管。
德国:太阳能烟囱发电技术
该技术是被许多能源专家看好的一项新技术。建造太阳能烟囱发电农场的设想是由德国斯图加特大学的乔根·施莱奇教授提出的。农牧场建造太阳能烟囱发电站的主要材料是玻璃和水泥,可用沙漠里的沙、石制造。这种电站不像其他太阳能电力系统,它不需要高技术的设备和人才,维修简便。目前在德国已经建成了一座太阳能烟囱发电农场。
澳大利亚:凸透镜式太阳球技术
澳大利亚的“绿金能源”公司研制的“太阳球”可为那些偏远山区、草原的农牧场提供充足且廉价的电能。据介绍,“太阳球”的表面是一片直径为1.13米的由丙烯酸酯制成的凸透镜。它可聚集500倍的阳光到光电转换器上。整套设备都被安装在了一个铝制导热支架上,以便及时地为太阳能电池板降温。
法国:无人机检测技术
法国Akuo太阳能农牧场占地超过330公顷。整个农场超过75000个太阳能面板可以产生24兆瓦特的电能。这样庞大规模的太阳能农牧场需要投入大量的建设与管理资源。Akuo太阳能农牧场希望及时且有效地加强对太阳能面板的受损情况以及热区的监测,于是邀请了无人机航拍监控企业Air-Marine,定期在Akuo太阳能农牧场的场地上空进行效能检测。目前Akuo太阳能农牧场每个月要完成两次检测飞行。据调查对比,Akuo利用无人机在检测现场节省了92%的时间,在后续处理工作上节省了78%的时间。同时,无人机检测的成本比原先的人工方式成本更低廉,在工作上也更为高效。
太阳能农牧场产业近年来在国际上刚刚兴起,它是现代光伏科技与农牧业生产的有机结合,在追求经济效益、社会效益与生态效益并举的基础上,开启了低碳农牧业发展的新模式。现在欧洲、北美等国家和地区已经形成了一套完整的光伏农业体系,但是该行业仍然属于尖端行业。欧洲、北美和澳大利亚是太阳能农牧场发展最快的国家和地区。
什么是太阳能农牧场的发展模式?即太阳能发电和农牧业的种植、养殖与放牧结合。例如,“渔光互补”、太阳能和种植大棚的结合、太阳能和养殖大棚的结合、太阳能和放牧场的结合,以及太阳能和农牧业机械及动力的结合等。其核心在于薄膜太阳能电池的透光性,动植物生长所需的主要光源可以直接穿透,不影响农作物与畜禽鱼的生长,能储存热量提高大棚温度,从而对畜禽鱼与植物的生长起到积极的影响。另外,太阳能光伏系统与现代农场相结合的大型并网发电项目,除了进行低成本的发电自用,剩余的电能还可并入地方与国家电网,可以取得优势互补、互利共赢的局面。
欧美等太阳能农牧场强势兴起
英国
近年来,英国政府根据其新的“差价合约”可再生能源支持系统,不仅对大型农场太阳能设定调整后的优惠价格,并引入太阳能的上网电价补贴后使农场安装太阳能设备的成本下降了30%,促使农牧业主兴办太阳能农牧场的热潮远超预期,由此在英国中、北部的威尔特郡、康沃尔郡和雷丁郡等地区涌现了一座座太阳能农牧场。例如,在南多塞郡米柏顿镇新建成的拉克斯太阳能农牧场。在这片面积175英亩的农场土地上仍继续用于放牧绵羊,但是由光伏系统发出来的清洁电力,不仅用于农场照明、饲草机械化管理与饲料加工等,预计每年生产的太阳能电力还能够满足约6000个当地家庭的电力能源需求。
另外,全球首座漂浮太阳能牧场最近在英国伯克郡的沃格雷夫羊群牧场首创建成。其“漂浮创新”体现在:200千瓦太阳能电池阵安装在水库旁边。这种漂浮式太阳能装备节省了大量耕地资源,还将极大削减碳排放及能源支出。
奥地利
在奥地利,由ALB太阳能股份有限公司新建成的该国最大的太阳能农牧场,位于奥地利中部东阿尔卑斯山脉海拔1900米的下陶恩山地区。寒冷的环境有利于太阳能电池板提高阳光转换效率,这个太阳能农牧场成为奥地利农业部创办太阳能现代牛马羊饲养项目的一个扩展。据Solar Server一份相关报告,该农场利用REC峰值能量系列太阳能电池组件预计每年生产250万千瓦时电力,为700户当地居民提供足够的清洁电力。
以色列
世界上第一座混合太阳能农牧场(简称HSF)建于以色列南部沙漠区的萨玛尔集体农庄,由以色列奥拉公司承建。该农场的核心机体为30米高的锅炉,形如矗立于沙漠中的高塔,塔身周围共有30面巨大的平面反射镜,按不同方位将阳光反射汇集于炉壁。这些经过反射聚变的巨大热量,足以将炉内的液态水煮沸成高温高压蒸汽,部分蒸汽经由绝热管线输送至蒸汽涡轮机以发出电力,部分则输送至高压储热器以储存热能,因此可全天候为萨玛尔农场的种植业与养殖业供电。
德国
德国近年来气温屡创新高,多数农民眼看农作物在高温下枯萎,牲畜赖以维生的草地也被烤焦。但在南德巴伐利亚州布特维森镇的盖特纳奶牛场,场主彼特森最近把家族经营了150年的奶牛场改建为太阳能农牧场,挽救了原本濒临破产的事业。据彼特森介绍,他申报政府取得补助后在农牧场上搭起1万余片太阳能板,这些面板把阳光源源不绝地转换成电力,不仅满足了草地灌溉、奶牛场管理的电力需求,还能将多余的2/3电力供邻近村庄使用获得更多收益。
法国
2014年,法国通过法令保证以每瓦电力高出市价1.5倍的价格,向自愿兴建太阳能发电农场的业主收购光伏电力,促使法国卢瓦河谷与罗纳河谷的农民纷纷把葡萄园改为太阳能葡萄农场。这些新建成的太阳能葡萄农场,每天产生的光伏电力,不仅用于葡萄园的人工光照、灌溉与葡萄藤苗管理等,还将其多余的电力供邻近村镇使用。
美国
近几年,美国太阳能农牧场快速发展,各州地方政府围绕着发展太阳能农牧场产业这一目标,相继出台了大量的政策法规与优惠策略,以促进这一新兴产业的发展。2015年,加州政府通过了一项可再生能源组合标准(RPS),要求农牧业全面开发符合供应与采购条件的可再生光伏电力资源,并计划到2020年实现53%的目标要求。
为了实现这一目标,加州奥比斯波县新建成一座Topaz太阳能农牧场。该农场投资高达25亿美元架设了超过900万块太阳能面板,具备550兆瓦的光伏电力输出能力,是全球最大的太阳能农牧场。其光伏电力不仅满足农场全部的用电需求,还能够满足16万乡镇家庭的用电需求,每年能够减少37.7万吨二氧化碳的排放。
在加州蒙特利县,苹果公司斥资8.48亿美元与First Solar合作“加州最大的平原太阳能农牧场项目”,正在为赫斯特杰克牧场建设太阳能农牧场。赫斯特杰克太阳能农牧场的建设预计将于2016年年底完成。该农场生产的光伏电力,除了农场自主用电外,其余电力以固定价格卖给苹果公司,确保苹果2号园区、加州其他办公室、纽瓦克数据中心和加州52家苹果零售店的运行。
由南加利福尼亚州政府投资的美国最大的沙漠太阳能农牧场,不久前在离洛杉矶市中心以东约273公里的里弗赛德县建成。该农场可产生550兆瓦的光伏电力,可供约16万户家庭使用,每年可减少排放的二氧化碳达30万吨,相当于减少6万辆汽车在路上行驶。
国际太阳能农牧场技术动向
当前国际太阳能农牧场的技术发展动向主要有以下几个方面。
美国:塔式太阳能技术
此种发电系统是通过多台跟踪太阳运动的定日镜将太阳辐射反射至放置于支撑塔上的吸热接收器上,吸热接收器的聚光倍率可超过1000倍。在这里把吸收的太阳光能转化成热能,再将热能传给工质,经过3000千瓦的热流密度的蓄热环节,再输入热动力机膨胀做工,带动发电机,最后以电能的形式输出。美国在加州南部巴斯托附近的沙漠地区先后建成“太阳1号”与“太阳2号”塔式太阳能农牧场,由1818面反射镜环包括接收器高达85.5米的高塔排列组成。 加拿大:凸透镜式太阳能技术
近年来,加拿大新建成的太阳能农牧场都采用了凸透镜式太阳能电池板。加拿大IBM分公司开发了凸透镜聚光发电系统,将太阳光经过凸透镜聚集后,再投射到太阳能电池板上,借此增大太阳光的强度,从而增加太阳能电池的发电量。但是,聚光发电遭遇的最大困难是温度问题。经过凸透镜聚光照射之后,太阳能电池板的表面温度可升高到l000℃。而加拿大IBM分公司的这套聚光发电之所以成功,是因为研究人员在传统的太阳能电池板上加入了特殊的制冷系统,它能将电池板的表面温度从1600℃降低到85℃,从而有效地避免太阳能电池板被烧毁。
西班牙:槽式太阳能技术
此种发电系统是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列,聚焦太阳直射光,加热真空集热管里面的工质,产生高温,再通过换热设备加热水产生高温高压的蒸汽,驱动汽轮机发电机组发电。西班牙在坎塔布连山区已经先后建成354兆瓦与50兆瓦的太阳能农牧场。
奥地利:线性菲涅尔式太阳能技术
奥地利政府在多瑙河畔建成了多座线性菲涅尔式太阳能农牧场。这种太阳能农牧场的发电系统是通过跟踪太阳运动的条形反射镜将太阳辐射聚集到吸热管上,加热管中的传热流体,再通过热力循环进行发电的系统。菲涅尔反射镜为平面结构,其加工成本相对低廉,但效率也相应降低。不过,线性菲涅尔反射镜场总体的光源利用率高,即场地利用率高;另外,更易模块化设计,运行成本较低,抗风性能优良,更易于商业化。
比利时:凹面镜式太阳能技术
该技术的原理就和超大规模的太阳灶一样,主体是凹式形状的镜面,把阳光反射以后再聚焦,生成的蒸气可以带动涡轮机发电。比利时热动力学研究所的科研人为全国农牧场开发了这种太阳能蓄热发电系统。参与研究的塔尔斯博士介绍说:“比起太阳能电池板来,装置凹面镜式太阳能热发电技术的农牧场,好处是可以储热,晚上也可以发电。”开发凹面镜式太阳能蓄热装置需要解决的首要问题是寻找合适的蓄热材料。比利时开发人员选中的是含钾、钠的硝酸盐,并在蓄热材料里分层铺设石墨导热管。
德国:太阳能烟囱发电技术
该技术是被许多能源专家看好的一项新技术。建造太阳能烟囱发电农场的设想是由德国斯图加特大学的乔根·施莱奇教授提出的。农牧场建造太阳能烟囱发电站的主要材料是玻璃和水泥,可用沙漠里的沙、石制造。这种电站不像其他太阳能电力系统,它不需要高技术的设备和人才,维修简便。目前在德国已经建成了一座太阳能烟囱发电农场。
澳大利亚:凸透镜式太阳球技术
澳大利亚的“绿金能源”公司研制的“太阳球”可为那些偏远山区、草原的农牧场提供充足且廉价的电能。据介绍,“太阳球”的表面是一片直径为1.13米的由丙烯酸酯制成的凸透镜。它可聚集500倍的阳光到光电转换器上。整套设备都被安装在了一个铝制导热支架上,以便及时地为太阳能电池板降温。
法国:无人机检测技术
法国Akuo太阳能农牧场占地超过330公顷。整个农场超过75000个太阳能面板可以产生24兆瓦特的电能。这样庞大规模的太阳能农牧场需要投入大量的建设与管理资源。Akuo太阳能农牧场希望及时且有效地加强对太阳能面板的受损情况以及热区的监测,于是邀请了无人机航拍监控企业Air-Marine,定期在Akuo太阳能农牧场的场地上空进行效能检测。目前Akuo太阳能农牧场每个月要完成两次检测飞行。据调查对比,Akuo利用无人机在检测现场节省了92%的时间,在后续处理工作上节省了78%的时间。同时,无人机检测的成本比原先的人工方式成本更低廉,在工作上也更为高效。