Elektrownia fotowoltaiczna na wodzie – jak zrealizować taki projekt?

Panele fotowoltaiczne unoszące się na wodzie to wciąż dość rzadki widok, w przeciwieństwie do farm PV na gruntach, które zaczynają być stałym elementem krajobrazu w wielu krajach Europy i świata. Powoli jednak rośnie zainteresowanie zagospodarowaniem zbiorników wodnych, np. w nieczynnych kamieniołomach, pod elektrownie fotowoltaiczne. Jakie wyzwania niesie ze sobą ta technologia? 

Pływające elektrownie fotowoltaiczne działają od kilku lat, a ich szybki rozwój obserwowany był głównie w Chinach po roku 2015. W ubiegłym roku na całym świecie zainstalowano 2,3 GW mocy w technologii pływającej fotowoltaiki (floating PV), a cały globalny rynek osiągnął raptem 5,7 GW skumulowanej mocy.

Według stowarzyszenia Solar Power Europe (SPE), które w zeszłym roku opracowało raport na temat floating PV, technologia ta będzie się rozwijać głównie ze względu na ograniczoną dostępność gruntów pod panele fotowoltaiczne.

REKLAMA

Wśród stosunkowo niewielu firm europejskich specjalizujących się w budowie instalacji floating PV jest Baywa r.e. Zbudowała ona portfel tego typu projektów o mocy 270 MWp. Eksperci firmy w rozmowie z naszym portalem zaznaczają, że takie elektrownie wymagają przeprowadzenia nieco innego procesu niż farmy fotowoltaiczne na gruncie. Dotyczy to w pierwszej kolejności wyboru lokalizacji.

Gdzie można umieścić pływające panele PV?

Jak wskazuje Artur Marchewka, członek zarządu, BayWa r.e. Polska, wybór lokalizacji pływającej farmy fotowoltaicznej jest procesem bardziej złożonym niż w przypadku naziemnych instalacji fotowoltaicznych. Wymaga on pogłębionych badań i analiz geoinżynieryjnych.

– Na pewno kluczowym aspektem jest batymetria, czyli badania w kierunku głębokości i ukształtowania dna zbiornika, ale również istotne są badania jakości wody, możliwych wahań poziomu zwierciadła wody, jak również warunki geotechniczne brzegów i dna zbiornika. Kilkumiesięczne analizy wykonane przez doświadczony zespół inżynierski pozwalają na dobór odpowiednich rozwiązań do specyfiki danego zbiornika, strefy klimatycznej i uwarunkowań środowiskowych – wyjaśnia Artur Marchewka.

BayWa dotychczas zrealizowała kilkadziesiąt instalacji na różnych zbiornikach w różnych krajach. Firma deklaruje, że jest w stanie dostosować technologię i zagospodarowanie do praktycznie każdego sztucznego zbiornika.

– Jako BayWa r.e. jesteśmy w stanie zrealizować instalację na zbiornikach zarówno bardzo płytkich (minimum 0,8 m), jak i takich, których głębokość wynosi 100 m. Stosowana przez nas technologia pozwala również zagospodarować zbiorniki szczególnego przeznaczenia, np. ujęcia wody pitnej. Jedna z ostatnich naszych realizacji dotyczyła właśnie takiego zbiornika, gdzie poprzez odpowiedni dobór technologii zrealizowaliśmy instalację o mocy 4,9 MWp na zbiorniku Beerenplaat w Holandii, spełniając wszystkie postawione wymagania w zakresie bezpieczeństwa i higieny na etapie montażu, jak i bieżącego użytkowania bez wpływu na jakość wody – opowiada Artur Marchewska.

Jak przygotować projekt instalacji floating PV?

Projektowanie pływającej farmy fotowoltaicznej jest kluczowym etapem osiągnięcia sukcesu w tej technologii, co podkreślają przedstawiciele dewelopera.

– Sukcesem jest oczywiście bezproblemowa produkcja energii elektrycznej przez 30 lat, wobec czego należy postawić na sprawdzony rodzaj konstrukcji. Sam projekt składa się nie tylko z typowego dla fotowoltaiki zagospodarowania terenu (rozplanowania układu paneli, inwerterów, stacji trafo) czy też projektu branżowego z zakresu elektryki, ale również niezwykle istotnego projektu kotwienia (ang. anchoring and mooring design). To właśnie w projekcie kotwienia wskazywane są specjalistyczne rozwiązania mające na celu zagwarantowanie długoletniej pracy instalacji, która w szczególności w polskiej strefie klimatycznej ma istotne znaczenie z uwagi na obciążenie śniegiem i wiatrem – mówi Mateusz Olędzki, Head of Development w BayWa r.e. Polska.

Ekspert zaznacza, że jest kilka rodzajów konstrukcji przeznaczonych do technologii floating PV, które nie są możliwe do wykorzystania w przypadku obciążenia śniegiem powyżej 0,9 kN/m2 – a taka sytuacja występuje na prawie połowie powierzchni Polski.

Komponenty instalacji floating PV firma dzieli na dwie grupy: te, które nie mają styczności z wodą, i te, które są zanurzone w wodzie lub mogą mieć z nią kontakt.

– Pierwsza grupa dotyczy modułów PV, inwerterów oraz stacji trafo SN/nn, które – co ciekawe i przede wszystkim innowacyjne (na to rozwiązanie uzyskaliśmy patent) – w naszym systemie również umieszczane są na platformach pływających, co niesamowicie upraszcza wyprowadzenie mocy na ląd. Komponenty te są identyczne jak w przypadku instalacji naziemnych. Druga grupa to w szczególności konstrukcja i okablowanie – wyjaśnia Mateusz Olędzki.

Stosowane przez firmę konstrukcje i kable mają być odpowiednie do czasu życia instalacji przewidywanego na 30 lat.

– Sama konstrukcja składa się z pływaków z tworzywa HDPE, a także konstrukcji stalowej, której powłoki ochronne są projektowane z uwzględnieniem parametrów wody w danym zbiorniku. Jeśli chodzi o kable, to również one muszą być o wiele bardziej odporne ze względu na zmienność warunków atmosferycznych czy też degradację spowodowaną przez ich ciągły ruch i promieniowanie UV. Nasi partnerzy dostarczający komponenty z drugiej grupy to firmy europejskie, produkujące swoje elementy w UE, wobec czego są świadomi występujących w naszej strefie klimatycznej zagrożeń – podkreśla Olędzki.

CAPEX pływających elektrowni fotowoltaicznych

Na podstawie swoich doświadczeń w realizacji projektów floating PV firma ocenia, że czynniki wpływające na uzyski energii elektrycznej są w tym wypadku praktycznie takie same jak przy instalacjach gruntowych.

– Poza parametrami technicznymi dobranych urządzeń istotny będzie zatem kąt nachylenia paneli, a także ich orientacja w odniesieniu do stron świata, położenie (współrzędne geograficzne) i związane z nim nasłonecznienie, temperatura otoczenia. Natomiast z własnych obserwacji możemy stwierdzić, że latem zbiorniki wodne pozytywnie oddziałują na pracę instalacji z uwagi na efekt chłodzenia komponentów elektrycznych – mówi Mateusz Olędzki.

REKLAMA

Trudniej natomiast jednoznacznie wskazać, jakie są koszty inwestycyjne i operacyjne pływających elektrowni PV w porównaniu do tradycyjnych gruntowych instalacji. Jak wskazuje ekspert, aby poznać koszty CAPEX, trzeba przynajmniej wstępnie zaprojektować instalację.

– Na koszty inwestycyjne, które zmieniają się dla każdego zbiornika, wpływ ma wiele czynników; ogólnie wymienić można: koszt kotwienia (głębokość zbiornika), ilość pływaków (obciążenie śniegiem), rodzaj powłok antykorozyjnych (skład fizykochemiczny wody), rozwiązania zabezpieczające przed nadmiernym falowaniem wody, dostęp do zbiornika na czas budowy czy też skalę projektu – wymienia Head of Development w BayWa r.e. Polska.

Jednocześnie Mateusz Olędzki zauważa, że technologia ta pozwala na zagospodarowanie niewykorzystanych zbiorników i zapewnia łatwą skalowalność systemu. Do tego dochodzi szybkość budowy (5 MWp/tydzień) i porównywalne do naziemnych PV koszty operacyjne. Wszystko to zdaniem eksperta pozytywnie wpływa na finalną kalkulację opłacalności.

– Przez ostatni rok obserwowaliśmy też dosyć znaczny spadek ceny floating PV w odniesieniu do MWp, co sprawia, że w naszej ocenie technologia ta jest i będzie konkurencyjna dla instalacji naziemnych w najbliższych latach – mówi Olędzki.

Bez wyzwań serwisowych

Jednocześnie doświadczenie firmy w realizacji inwestycji floating PV miało pokazać, że serwisowanie tego typu instalacji nie odbiega znacząco od instalacji naziemnych.

– Instalacje te są monitorowane zdalnie, wobec czego ich utrzymanie odbywa się zgodnie z nałożonym harmonogramem prac serwisowych lub w przypadku wykrycia awarii, tak jak w przypadku instalacji naziemnych. Monitoring instalacji obejmuje nie tylko część produkcyjną, ale również ruch instalacji na tafli zbiornika, gdyż w bardzo ograniczonym zakresie, ale jednak to możliwe, instalacje typu floating przemieszczają się na wodzie. W związku z tym jedyną różnicą, jaką widzimy względem ground mounted PV, jest oczywiście monitorowanie stanu i zachowania elementów kotwiących i lin, gdyż elementy te ciągłe pracują – wyjaśnia Mateusz Olędzki.

Harmonogram prac serwisowych dobierany jest indywidualnie do projektu w zależności od stopnia skomplikowania konkretnej inwestycji projektu i warunków lokalnych.

Wpływ floatingPV na przyrodę

Niedawno firma informowała o wynikach badań dotyczących wpływu fotowoltaiki na zbiornikach wodnych na otoczenie. Zagadnienie to spotkało się z zainteresowaniem czytelników naszego portalu, którzy dopytywali o to, kto konkretnie badania te prowadzi i czy firma współpracuje w tym zakresie m.in. z ornitologami, hydrologami i przedstawicielami innych obszarów nauki.

– Badania prowadzone na pływających farmach fotowoltaicznych BayWa r.e. zostały wykonane przez niezależne, doświadczone podmioty, możemy tutaj wymienić m.in. Buro Bakker i AKTB, holenderskich ekspertów w dziedzinie ekologii gleby, wody oraz badań geofizycznych, odpowiedzialnych za badania związane z liczebnością ptaków, czy też francuski Ecocean, specjalizujący się w ekologicznej odbudowie ekosystemów wodnych, twórcę rozwiązania biochatek, testowanych m.in. na instalacji BayWa r.e. na zbiorniku wodnym w Zwolle – wymienia Artur Marchewka, członek zarządu BayWa r.e. Polska.

Przedstawiciel firmy dodaje, że badania związane z wpływem floating PV na przyrodę prowadzone są przy użyciu odpowiednich technologii i nowoczesnych narzędzi. Ich efektem jest przygotowane opracowanie „The environmental impacts of floating solar”. Obejmuje ono też informacje na temat badań prowadzonych przez inne podmioty na całym świecie (Singapur, Chile, Brazylia). Uwzględnione w tym opracowaniu badania trwały trzy lata.

– Wiemy jednak, że długoterminowy monitoring jest kluczowy w dalszej ocenie wpływu instalacji floating PV na przyrodę. Dlatego też trwają dalsze badania, m.in. wpływu na ptaki czy też organizmy wodne. Obecnie prowadzony jest monitoring ptaków przez kolejne dwa i trzy lata na dwóch farmach, a monitoring biochatek, stanowiących schronienie dla małych ryb i innych organizmów wodnych, zostanie poszerzony również o kolejną instalację, której budowa jest zaplanowana wkrótce – mówi Artur Marchewka.

Pływająca fotowoltaika w Europie i Polsce

Według Solar Power Europe technologia floating PV w Unii Europejskiej jest na początkowym etapie rozwoju, ale na popularności zyskują systemy PV na sztucznych zbiornikach i w nieczynnych kamieniołomach. Według szacunków dotychczas w Europie powstały elektrownie floating PV o łącznej mocy około 451 MW. To przede wszystkim inwestycje w Holandii (280 MW) i Francji (80 MW).

Także Antamion zapowiedział w ubiegłym roku budowę największej w Polsce pływającej elektrowni PV. Powstanie ona na zbiorniku retencyjnym w Żarnowcu. Jej planowana moc to minimum 7 MWp.

Wcześniej firma Arta Energy informowała, że przygotowuje się do uruchomienia instalacji fotowoltaicznych na zbiornikach wodnych. W ubiegłym roku prowadziła testy czterech „plastrów” PV. W ten sposób gromadziła doświadczenie, które wykorzysta do budowy dwóch komercyjnych pływających elektrowni PV. Moc jednej z nich wynieść ma ponad 2,8 MW, a drugiej – nawet 11 MW (byłaby to wówczas największa taka kontrukcja w Polsce).