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学术快讯 | 浮动太阳能发电取代流域水电扩张，规避可再生能源转型潜在影响

​上海交通大学设计学院风景园林系陈睿山教授团队在生态环境领域国际学术期刊《Resources, Conservation & Recycling》（影响因子13.2，JCR/Q1，中科院SCI一区Top）发表成果“Floating solar power as an alternative to hydropower expansion along China's Yellow River”（浮动太阳能发电作为中国黄河沿岸水电扩张的备选方案）。

水电开发会对蓄水河流水文、水资源以及生物多样性产生不可逆转的负面影响，而光伏开发又会占用大量土地资源，从而导致能源安全与水资源安全、粮食安全之间产生冲突。本文提出了一种潜在的解决上述矛盾的方案：在现有水电站水库安装浮动光伏基础设施，通过提供相同数量能源以规避新的水电大坝建设；并以中国黄河上游干流为研究区域，从技术和经济两个维度论证了解决方案的可行性；此外，定量分析了解决方案自身所具备的土地节约效益。研究结果不仅为流域水电扩张和太阳能发电之间的权衡提供了一个新的视角，而且给诸多依赖水电扩张作为能源来源的国家和地区提供了一个可行的备选方案。

浮动太阳能发电可以提供水电扩张的备选方案。

在25.3％的现有水电站水库安装光伏，可以取代所有新的大坝建设。

相较于陆基光伏取代未来水电，浮动光伏还可节约497.1 km²土地面积。

浮动太阳能发电可在可再生能源转型中占据更加突出的位置。

水电提供了一种日益增长的可再生能源，但由于其对环境的影响而备受争议。全球很多流域水电开发仍在如火如荼进行，以满足未来电力需求。我们以中国黄河上游干流（计划新增15座水电大坝）为例，展示了一种潜在的水电增长备选解决方案，通过在现有水电站水库安装浮动光伏基础设施，将太阳能发电与水电结合起来。这一解决方案通过新的浮动太阳能发电装置提供相同数量的能源，从而规避新的水电大坝建设。

结果表明：1）在25.3％的现有水电站水库安装浮动光伏，所提供能源足以取代所有新的水电大坝建设；相较于陆基光伏取代，可节约土地497.1 km²。2）虽然浮动光伏作为水电扩张的备选方案可能会略微增加初始投资（约9.0％），但它可以避免水电对黄河流域造成的不利影响，并减轻光伏开发的土地压力。

关键词

可再生能源转型，水力发电，太阳能发电，大坝建设，浮动光伏，生态影响

图1. 研究区域.

黄河上游干流以及2022年运行（蓝紫色圆圈），在建（红色圆圈）以及规划（白色圆圈）大坝的位置和规模。

​图2. 水库覆盖范围以及浮动光伏发电方面.

 (a) 和 (b) 23座现有水电站水库安装浮动光伏分别作为每座未来水电站基于发电量和基于容量的备选方案所需水库覆盖范围 (%)。(c) 和 (d) 23座现有水电站水库面积的10％和30％分别安装浮动光伏的潜在发电量 (TWh/year)。

图3. 土地节约方面. 

 (a) 和 (b) 相较于依赖陆基光伏，23座现有水电站水库安装浮动光伏分别作为每座未来水电站基于发电量和基于容量的备选方案的潜在土地节约 (km²)。(c) 和 (d) 23现有水电站水库面积的10％安装浮动光伏分别作为基于发电量和基于容量的备选方案的潜在土地节约面积 (km²)。

​Table 1. 

未来水电站等效发电量和发电能力的水上光伏系统的财务估算。

Floating solar power can provide an alternative to hydropower expansion.

Installing PV on 25.3% of hydropower reservoirs can replace all new dam construction.

Floating PV can also save 497.1 km² of land compared to land-based PV replacement.

Floating solar power should feature more prominently in renewable energy transitions.

Hydropower provides a growing renewable energy source, yet remains controversial due to its environmental impacts. We demonstrate a potential solution to hydropower growth that integrates solar power and hydropower by installing floating photovoltaic (PV) infrastructure at existing hydropower reservoirs. This solution circumvents new hydro-dam construction by supplying the same amount of energy from new floating solar power installations. We simulated this solution in the upper main stream of China's Yellow River, where 15 new hydro-dams are planned. 

We find that installing floating PV on 25.3 % of the existing hydropower reservoirs would provide enough energy to replace all new hydro-dam construction and save 497.1 km² of land compared to land-based PV replacement. Although floating PV as an alternative to hydropower expansion could slightly increase the initial investment (up to 9.0 %), it would avoid the adverse impacts hydropower poses to the Yellow River basin and alleviate land pressure for PV development.

Keywords

renewable energy transition, hydropower, solar power, dam construction, floating photovoltaics, ecological impacts

引用格式：

Chen, K., Jin, Y.B., Feng, Y.Y., Song, W., Li, Y.Y., Zhou, Y.X. Guo, X.N. Li, Y.S., Kou, X.M., Zhu, A.L., Chen, R.S. 2024. Floating solar power as an alternative to hydropower expansion along China's Yellow River. Resources, Conservation and Recycling 207, 107689. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2024.107689.