نیروگاه خورشیدی شناور Kaohsiung، واقع در مخزن آگونگدیان (Agongdian Reservoir) در شهر کائوشیونگ تایوان، یکی از پروژه‌های پیشرو در زمینه انرژی‌های تجدیدپذیر است. این نیروگاه که در سال 2017 به بهره‌برداری رسید، از فناوری فتوولتائیک شناور (FPV) استفاده می‌کند و توسط شرکت Chenya Energy با همکاری Ciel & Terre توسعه یافت. با ظرفیت 2.32 مگاوات، این نیروگاه نمونه‌ای برجسته از استفاده از منابع آبی برای تولید انرژی پاک است. طبق بررسی سایت ابرار صنعتی، طراحی آن با هدف کاهش اثرات زیست‌محیطی و بهینه‌سازی استفاده از زمین‌های محدود تایوان انجام شد و به‌عنوان الگویی برای پروژه‌های مشابه در منطقه شناخته می‌شود.
موقعیت جغرافیایی و تاریخچه توسعه
نیروگاه Kaohsiung در مخزن آگونگدیان، در جنوب تایوان، واقع شده است، منطقه‌ای که به دلیل آب‌وهوای آفتابی با حدود 300 روز آفتابی در سال و منابع آبی فراوان، برای پروژه‌های خورشیدی شناور ایده‌آل است. توسعه این پروژه در سال 2017 آغاز شد، زمانی که تایوان به دنبال راه‌حل‌هایی برای کمبود زمین و افزایش تقاضای انرژی پاک بود. شرکت Chenya Energy، زیرمجموعه‌ای از Marubeni ژاپن، با همکاری Ciel & Terre، یک شرکت فرانسوی متخصص در FPV، این پروژه را اجرا کرد. نیروگاه با 34,013 پنل خورشیدی در مساحتی حدود 2.5 هکتار، در کمتر از یک سال تکمیل شد و به شبکه برق تایوان متصل گردید.
چرا تایوان به انرژی خورشیدی شناور روی آورد؟
تایوان به دلیل تراکم بالای جمعیت و کمبود زمین‌های قابل استفاده برای پروژه‌های خورشیدی زمینی، به فناوری FPV روی آورد. با 79 درصد از مساحت تایوان که کوهستانی است، استفاده از مخازن، دریاچه‌ها و حوضچه‌های ماهی‌گیری برای نصب پنل‌های خورشیدی شناور راه‌حلی هوشمندانه بود. علاوه بر این، تایوان با وابستگی 98 درصدی به سوخت‌های فسیلی وارداتی و هدف‌گذاری برای 20 گیگاوات انرژی تجدیدپذیر تا 2025، نیاز مبرمی به تنوع‌بخشی به منابع انرژی داشت. FPV نه‌تنها زمین را حفظ می‌کند، بلکه با اثر خنک‌کنندگی آب، راندمان پنل‌ها را تا 10 درصد افزایش می‌دهد.
مزایای محیط‌زیستی نیروگاه خورشیدی Kaohsiung
نیروگاه Kaohsiung با تولید انرژی پاک، سالانه حدود 1300 تن دی‌اکسید کربن (CO2) را کاهش می‌دهد، که معادل حذف 300 خودرو از جاده‌هاست. این پروژه با کاهش تبخیر آب مخزن، به حفظ منابع آبی کمک می‌کند، که در تایوان با 24 درصد اتلاف آب از طریق تبخیر، اهمیت زیادی دارد. استفاده از مواد قابل بازیافت مانند پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) در شناورها، اثرات زیست‌محیطی را کاهش داده و استانداردهای آب آشامیدنی را رعایت می‌کند. این نیروگاه همچنین با جلوگیری از رشد جلبک‌ها، کیفیت آب را بهبود می‌بخشد.
بررسی فناوری‌های به‌کاررفته در Kaohsiung Floating Solar Plant
نیروگاه خورشیدی شناور Kaohsiung از سیستم شناور Hydrelio شرکت Ciel & Terre استفاده می‌کند، که شامل شناورهای HDPE با طراحی مدولار است. این شناورها مقاوم در برابر اشعه UV و خوردگی بوده و برای 25 سال عمر مفید طراحی شده‌اند. پنل‌های فتوولتائیک استاندارد با راندمان 17-20 درصد روی این شناورها نصب شده‌اند. سیستم لنگرگذاری (anchoring) با استفاده از کابل‌های مقاوم، پنل‌ها را در برابر طوفان‌های تایفونی پایدار نگه می‌دارد. فناوری خنک‌کننده آب، دمای پنل‌ها را 5-10 درجه سانتی‌گراد کاهش داده و راندمان را افزایش می‌دهد.
عملکرد نیروگاه خورشیدی شناور در شرایط آب‌وهوایی مرطوب
کائوشیونگ با آب‌وهوای گرم و مرطوب (میانگین دمای 25-30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت 70-80%) و بارندگی‌های فصلی سنگین، چالش‌هایی برای FPV ایجاد می‌کند. با این حال، طراحی شناورهای Hydrelio با منافذ باز، جریان هوا را بهبود بخشیده و از تجمع رطوبت جلوگیری می‌کند. پنل‌ها با پوشش ضدآب و مقاوم در برابر خوردگی، در برابر باران و مه نمکی مقاوم‌اند. سیستم لنگرگذاری نیز برای مقاومت در برابر بادهای تایفونی (تا 60 متر بر ثانیه) طراحی شده است، که عملکرد پایدار را تضمین می‌کند.
ساختار پنل‌های خورشیدی شناور چگونه است؟
پنل‌های خورشیدی شناور در Kaohsiung از شناورهای HDPE تشکیل شده‌اند که به‌صورت مدولار به هم متصل می‌شوند. هر شناور دو پنل فتوولتائیک استاندارد (1500-1680 میلی‌متر عرض، 980-1000 میلی‌متر عمق) را نگه می‌دارد. شناورها با فوم پلی‌استایرن پر شده‌اند تا از غرق شدن جلوگیری کنند و دارای منافذ مرکزی برای خنک‌سازی هستند. اتصالات با بست‌های مقاوم و کابل‌های HDPE انجام می‌شود، که انعطاف‌پذیری در برابر امواج را فراهم می‌کند. این ساختار سبک (قابل حمل توسط یک نفر) و مقاوم در برابر UV است.
ظرفیت تولید برق
نیروگاه Kaohsiung با ظرفیت 2.32 مگاوات، سالانه حدود 3.2 گیگاوات‌ساعت برق تولید می‌کند، که برای تأمین انرژی حدود 1000 خانوار کافی است. این نیروگاه از 34,013 پنل خورشیدی با توان 68 وات برای هر پنل تشکیل شده است. راندمان تولید به دلیل اثر خنک‌کنندگی آب، 5-10 درصد بالاتر از نیروگاه‌های زمینی مشابه است. تولید برق در ماه‌های آفتابی (مارس تا اکتبر) به اوج خود می‌رسد، در حالی که در فصل بارانی (نوامبر تا فوریه) کمی کاهش می‌یابد.
ساختار پنل‌های خورشیدی
پنل‌های خورشیدی در Kaohsiung از سلول‌های سیلیکونی مونوکریستالین با راندمان 18-20 درصد ساخته شده‌اند. هر پنل با لایه‌های شیشه‌ای مقاوم و پوشش ضدبازتاب محافظت می‌شود تا در برابر رطوبت و اشعه UV مقاوم باشد. فریم‌های آلومینیومی ضدزنگ، دوام پنل‌ها را در محیط مرطوب افزایش می‌دهند. شناورهای HDPE با طراحی ارگونومیک، پنل‌ها را در زاویه 10-15 درجه نگه می‌دارند تا جذب نور خورشید بهینه شود. این ساختار امکان نصب سریع (80 پنل در روز توسط 4 نفر) را فراهم می‌کند.
با توجه به کمبود زمین در تایوان، نیروگاه خورشیدی شناور Kaohsiung با استفاده از سطح مخزن آگونگدیان، زمین‌های کشاورزی و صنعتی را حفظ کرده است. این پروژه 2.5 هکتار از سطح آب را اشغال می‌کند، در حالی که یک نیروگاه زمینی مشابه نیاز به 3-4 هکتار زمین داشت. این صرفه‌جویی به‌ویژه در مناطق پرجمعیت کائوشیونگ، جایی که رقابت برای زمین بالاست، اهمیت دارد. FPV همچنین امکان استفاده دوگانه از مخازن (مانند ماهی‌گیری و تولید برق) را فراهم می‌کند.
تأثیر بر دمای آب
پنل‌های شناور با ایجاد سایه، دمای سطح آب را 1-2 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌دهند، که به بهبود اکوسیستم آبی کمک می‌کند. این کاهش دما رشد جلبک‌ها را محدود کرده و کیفیت آب را حفظ می‌کند. با این حال، طراحی شناورها با منافذ باز، امکان نفوذ نور و جریان هوا را فراهم می‌کند تا از تغییرات شدید دمایی جلوگیری شود. مطالعات نشان می‌دهد که این تأثیر در مخازن کوچک مانند آگونگدیان قابل مدیریت است و به حیات آبی آسیب نمی‌رساند.
نیروگاه Kaohsiung با پوشش 2.5 هکتار از سطح مخزن، تبخیر آب را تا 20-30 درصد کاهش می‌دهد. این امر در تایوان، که 24 درصد از بارندگی سالانه‌اش از طریق تبخیر از دست می‌رود، اهمیت زیادی دارد. کاهش تبخیر به حفظ حجم آب مخزن برای مصارف کشاورزی و آشامیدنی کمک می‌کند. شناورهای HDPE با طراحی باز، تعادل بین کاهش تبخیر و حفظ اکسیژن‌رسانی به آب را برقرار می‌کنند، که برای حیات آبی ضروری است.
نگهداری سیستم در محیط مرطوب
نگهداری نیروگاه Kaohsiung به دلیل محیط مرطوب چالش‌هایی دارد، اما طراحی مدولار آن این فرآیند را ساده می‌کند. تمیزکاری پنل‌ها هر 3-6 ماه برای حذف گردوغبار و رسوبات انجام می‌شود، که با قایق‌های کوچک امکان‌پذیر است. شناورها و لنگرها هر 12-18 ماه بازرسی می‌شوند تا از پایداری در برابر تایفون‌ها اطمینان حاصل شود. استفاده از مواد مقاوم در برابر UV و خوردگی، نیاز به تعویض قطعات را کاهش داده و هزینه‌های نگهداری را به حدود 1-2 درصد هزینه سرمایه‌گذاری سالانه محدود می‌کند.
سیستم‌های اتصال و شناوری
سیستم شناوری در Kaohsiung از شناورهای HDPE با فوم پلی‌استایرن تشکیل شده که مقاومت بالایی در برابر غرق شدن دارند. لنگرگذاری با کابل‌های HDPE و پایه‌های بتنی در کف مخزن انجام می‌شود، که پایداری در برابر امواج و بادهای تا 60 متر بر ثانیه را تضمین می‌کند. اتصالات مدولار با بست‌های پلاستیکی مقاوم، امکان جابجایی و تعمیر آسان را فراهم می‌کنند. این سیستم برای مقاومت در برابر تایفون‌های فصلی طراحی شده و تست‌های فشار بادی را گذرانده است.
میزان کاهش CO2
نیروگاه خورشیدی شناور Kaohsiung سالانه حدود 1300 تن CO2 را کاهش می‌دهد، که معادل کاشت 33,000 درخت است. این کاهش با تولید 3.2 گیگاوات‌ساعت برق پاک در سال حاصل می‌شود، که جایگزین برق تولیدشده از زغال‌سنگ یا گاز می‌شود. این پروژه به تایوان کمک می‌کند تا به هدف کاهش 50 درصدی انتشار کربن تا 2050 نزدیک‌تر شود. تأثیر مثبت آن در مقایسه با نیروگاه‌های فسیلی، به‌ویژه در منطقه صنعتی کائوشیونگ، قابل توجه است.
نقش در کاهش مصرف سوخت فسیلی
با تولید 3.2 گیگاوات‌ساعت برق سالانه، نیروگاه Kaohsiung مصرف سوخت فسیلی را به میزان 1100 تن زغال‌سنگ یا 600,000 لیتر نفت در سال کاهش می‌دهد. این امر وابستگی تایوان به واردات سوخت فسیلی (98 درصد از نیاز انرژی) را کاهش داده و امنیت انرژی را تقویت می‌کند. همچنین، کاهش استفاده از زغال‌سنگ به بهبود کیفیت هوا در کائوشیونگ، که از آلودگی صنعتی رنج می‌برد، کمک می‌کند. این پروژه بخشی از استراتژی تایوان برای جایگزینی 20 درصد از برق فسیلی با تجدیدپذیرها تا 2025 است.
مقایسه با نیروگاه زمینی
نیروگاه‌های شناور مانند Kaohsiung نسبت به نیروگاه‌های زمینی مزایایی دارند:
- صرفه‌جویی در زمین (2.5 هکتار در برابر 4 هکتار)
- راندمان بالاتر (5-10 درصد به دلیل خنک‌سازی)
- کاهش تبخیر آب
با این حال، هزینه اولیه FPV (1.5-2 میلیون دلار به ازای هر مگاوات) 20-30 درصد بالاتر از نیروگاه‌های زمینی است. نیروگاه‌های زمینی نصب ساده‌تری دارند، اما در مناطق پرجمعیت تایوان، محدودیت زمین آن‌ها را کمتر عملی می‌کند. FPV همچنین نیاز به نگهداری تخصصی‌تری در محیط آبی دارد.
چالش‌های اقلیمی
کائوشیونگ با تایفون‌های فصلی، رطوبت بالا، و بارندگی‌های سنگین مواجه است که می‌توانند به پنل‌ها و شناورها آسیب برسانند. بادهای قوی (تا 60 متر بر ثانیه) ممکن است لنگرها را تحت فشار قرار دهند، و رطوبت می‌تواند باعث خوردگی اتصالات الکتریکی شود. برای مقابله، شناورها و پنل‌ها با مواد مقاوم در برابر UV و خوردگی طراحی شده‌اند، و سیستم‌های لنگرگذاری برای تحمل شرایط شدید تست شده‌اند. با این حال، نیاز به بازرسی‌های مکرر و آمادگی برای شرایط اضطراری همچنان یک چالش است.
تحلیل هزینه–فایده
هزینه ساخت نیروگاه خورشیدی شناور Kaohsiung حدود 4.6 میلیون دلار بود، با هزینه سرمایه‌گذاری 2 میلیون دلار به ازای هر مگاوات. هزینه تولید برق (LCOE) حدود 0.12-0.15 دلار به ازای هر کیلووات‌ساعت است، که 20 درصد بالاتر از نیروگاه‌های زمینی است. با این حال، صرفه‌جویی در زمین، کاهش تبخیر، و راندمان بالاتر، فواید بلندمدتی ارائه می‌دهند. بازگشت سرمایه در 8-10 سال با تعرفه‌های تشویقی (0.18 دلار/کیلووات‌ساعت) امکان‌پذیر است. کاهش CO2 و سوخت فسیلی نیز ارزش اقتصادی غیرمستقیم ایجاد می‌کند.
سیستم‌های نظارت و کنترل
نیروگاه Kaohsiung از سیستم‌های نظارت دیجیتال برای کنترل عملکرد پنل‌ها و شناورها استفاده می‌کند. حسگرهای دما، رطوبت، و جریان برق داده‌ها را به‌صورت بلادرنگ به مرکز کنترل ارسال می‌کنند. پهپادها برای بازرسی بصری و شناسایی رسوبات یا آسیب‌ها به‌کار می‌روند. سیستم‌های SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) امکان مدیریت از راه دور و تشخیص زودهنگام مشکلات را فراهم می‌کنند. این فناوری‌ها زمان خرابی را به حداقل رسانده و کارایی را تا 98 درصد حفظ می‌کنند.
پروژه‌های مشابه در آسیا و جهان
پروژه‌های FPV در آسیا و جهان در حال گسترش‌اند. در تایوان، نیروگاه Changhua (373 مگاوات) بزرگ‌ترین پروژه FPV جهان است که در سال 2024 تکمیل شد. در چین، نیروگاه 1 گیگاواتی Shandong در سال 2024 به شبکه متصل شد، که با ماهی‌گیری تلفیق شده است. در سنگاپور، نیروگاه 60 مگاواتی Tengeh Reservoir در سال 2021 راه‌اندازی شد و 32,000 تن CO2 را کاهش می‌دهد. در هند، پروژه‌های کوچک در حوضچه‌های روستایی با حمایت طرح KUSUM در حال توسعه‌اند. این پروژه‌ها نشان‌دهنده پتانسیل FPV برای حل چالش‌های کمبود زمین و تغییرات اقلیمی هستند.
منبع: ابرار صنعتی
