双赢!浮动式太阳能发电站不仅可以减少土地的使用还可以为受气候变化威胁的湖泊降温

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根据国际能源署的2020年报告,太阳能现在是历史上最便宜的电力来源,但有一些东西阻碍了这种清洁能源的发展:空间。与化石燃料发电站不同,太阳能发电站需要很大的空间来产生足够的电力以满足需求。大多数太阳能发电站都是由地面安装的面板组成,这些面板占用的土地可以用来种植粮食或为野生动物提供栖息地。


虽然电和水通常不会混在一起,但越来越多的漂浮式太阳能电站正在全球范围内被部署。在湖泊或水库上漂浮的太阳能电池板听起来像是等待发生的意外,但最近的研究表明,与屋顶或地面安装的太阳能装置相比,该技术能产生更多的电力。这要归功于太阳能电池板下方的水的冷却效果,这可以使这些系统的发电效率提高12.5%。

双赢!浮动式太阳能发电站不仅可以减少土地的使用还可以为受气候变化威胁的湖泊降温

尽管如此,湖泊和水库对人类和地球已经非常重要。虽然这些淡水体的面积不到地球表面的1%,但它们却孕育了近6%的生物多样性,并提供了对数十亿人至关重要的饮用水和作物灌溉。令人担忧的是,自1985年以来,气候变化使全球湖泊的表面温度平均每10年上升0.34℃,促使有毒藻类大量繁殖,降低水位,并阻止水在较大和较深的湖泊中自然形成的不同层次之间的混合,从而使深处的氧气匮乏。


在急于实现能源低碳化以减缓全球变暖的过程中,转向漂浮式太阳能发电站是否会增加世界宝贵的淡水储备的压力?值得注意的是,在新的研究中,我们发现,精心设计的漂浮式太阳能发电站实际上可以减少气候变化对湖泊和水库的威胁。


防止变暖的缓冲器


我和同事们一起用计算机模型模拟了漂浮的太阳能发电站可能会如何影响湖水温度。我们的模拟基于温德米尔湖,这是英格兰最大的湖泊,也是世界上研究最深入的湖泊之一。


浮动太阳能发电站减少了到达湖面的风和阳光的数量,改变了湖内发生的许多过程。由于每个浮动太阳能农场都有不同的设计,我们进行了模拟,以了解湖水温度在超过10000种风速和太阳辐射的独特组合下如何变化。

双赢!浮动式太阳能发电站不仅可以减少土地的使用还可以为受气候变化威胁的湖泊降温

在英格兰西北部的一个水库中,一个浮动太阳能发电场为水处理工程发电


我们的结果表明,漂浮式太阳能发电站对水温造成的变化可能和气候变化本身一样大,只是方向相反。


一个漂浮的太阳能发电站,可以将整个湖泊的风速和太阳辐射降低10%,可以抵消气候变化带来的10年的变暖。遮蔽湖面多于遮挡湖面的设计,通过减少阳光多于减少风,降温效果最大。蒸发量下降,湖水混合的频率更高,这有助于深层水的含氧量。


这些影响可能会因湖泊的深度、表面积和位置不同而不同。但湖泊的生态过程受风速和阳光的影响最大,这也是我们模拟的重点。


全球潜力


虽然我们的大多数模拟表明湖泊和漂浮式太阳能发电站是双赢的,但一些模拟表明了不良的副作用。在少数模拟中,我们发现,浮动太阳能发电站降低湖面风速的程度超过了减少阳光的程度,实际上可能会模拟或放大气候变化的影响,增加深层湖泊保持分层的时间。值得庆幸的是,我们认为浮动太阳能发电站的精心设计应该可以降低这些风险。


在过去的五年里,浮动太阳能发电增长了一百多倍,在35个国家的装机容量达到了2.6千兆瓦。如果所有人造水体(这些水体比天然湖泊更容易进入,通常对生态的敏感度也更低)的表面积的1%被浮动太阳能电池板覆盖,它可以产生400千兆瓦的电力,足够440亿个LED灯泡一年的电力。


漂浮式太阳能很可能为世界能源供应的低碳化做出重要贡献。偶然的是,我们的研究表明,这可能会有额外的好处,抵消温度上升对湖泊造成的部分损害。


不过,我们的模拟只涵盖了浮动太阳能的物理效应,而其他问题仍未解决。漂浮式太阳能发电站将如何与其他湖泊用途(如运动或水产养殖)互动?分享湖泊的野生动物将如何生活?哪些湖泊最适合举办浮动太阳能发电站?充分了解这项技术潜力的工作才刚刚开始。


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