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利用太阳能电池板覆盖加利福尼亚水系统的经济学

可再生能力,蒸发较少,维护较低等。

很多加州的水输送系统都暴露在空中。
扩大 /很多加州的水输送系统都暴露在空中。

推动美国太阳能发展的一个主要因素是大型、公用事业规模的太阳能项目的经济效益。工厂的规模确保了他们的开发人员可以批量购买组件,使用更大、更健壮的硬件,并有效地安装一切。这与大多数分布式装置形成了鲜明对比,比如屋顶太阳能。

但这些装置也有缺点。它们经常发生在未开发的土地上,这可以抵消它们对气候变化的一些积极贡献,特别是如果必须清理的土地正在封存碳。理想情况下,最好是找到一种方法来混合使用之前开发的站点的最佳功能,但规模要使它们与专用安装不相上下。

已浮现(双关语)的解决方案是将面板放在水库上。水库很大且已经开发,并且漂浮在水面上的侧面有益:它会降低蒸发,潜在地提高水库的价值。现在,研究人员审查了另一种选择:涵盖了加州所有的露天渡槽,其中提供了地球上最富有成效的农业区域,具有光伏。

多个福利

加州大学默塞德分校和圣克鲁兹分校的研究人员将加州的供水系统称为运河,因为它们位于地面。但它们不运载船只,当地人倾向于称它们为高架渠,因为它们的主要功能是运水。它们在从该州的积水地区(主要是由于山区积雪)取水并将其输送到该州中央山谷的农区方面发挥着关键作用。

不管你怎么形容它,这个系统涉及超过6000公里的水道,宽度通常在30米的区域。换句话说,系统可以托管一个很多的太阳能电池板。

但要发挥作用,这些运河中的水必须流动,将水输送到需要它的地方。所以这不是简单地把一堆板放到水库里。研究人员考虑了在运河上放置面板的两种不同的选择:一种是用坚实的桁架将面板固定在水面上,另一种是用锚索固定在每一岸上。后者总是能够产生更好的结果,因为它包含更少的原材料并且更容易构建,所以我们将忽略前者。这两种方法都在印度使用过,所以他们在运营方面有一些经验。

在这种配置中,研究人员预计基于运河的系统将有多种好处。对于一个,悬挂面板将遮蔽管道并减少蒸发,从而增加水供应。它还将降低任何水生植物和藻类的生长,否则可能会使运河成为他们的家,减少维护和清洁的需求。最后,运河中的相对凉水将适中面板本身的温度,这可以提高某些类太阳能电池板的效率。(作者假设安装薄膜Cadtel面板。)

问题是,这些额外的福利是否会平衡暂停该小组在运河上的增加的成本。要查明,研究人员将安装的经济性与邻近地形上的标准实用规模安装的经济学进行了比较。

环境+经济

搞清楚这一点并不是一个容易的过程。运河系统贯穿整个州,北端的太阳能板的环境条件与南端截然不同,吸收的光线也比南端少。这些相同的因素也会影响蒸发,所以研究人员在他们的系统中加入了一个环境模型。他们还在文献中发现了几种估计水分流失的方法,所以他们使用这些方法来创建蒸发预期节约的高和低范围。

最后,所有这些数据都是基于所谓的经济计算的经济计算净现值。该计算掺入了安装成本,节省了水的值,产生的电力值,以及可以避免的运河维护的值。所有这些都与简单地安装在同一气候和阳光条件下运行的标准实用规模系统生成的值。

总的来说,如上所述,任何使用实心桁架支持小组的系统都涉及如此大的安装成本,充其量,它将基于所在国家最阳光地区所产生的权力基于所产生的权力。电缆支持的系统在所有情况下,在所有情况下都有明显更好地产生功率。

这些系统显然没有在陆地上安装同等系统那么有利可图。但是,一旦考虑到较低的运河维护和由于水的冷却效果而提高的太阳能电池板的效率,该系统在检测的每个位置都显著优于陆基太阳能电池板。从大局来看,由于太阳能电池板而留在系统中的水的价值并不是很重要;在该州南部的一个地方,高水价使其成为一个更大的因素。

研究人员还计算了均衡的能源成本对于每个地点。但在这里,两种方案之间并没有太大的区别,因为附近水的冷却带来的面板效率提高,最终抵消了跨运河设计的额外成本。

超越成本

关于蒸发速率的不确定性给我们留下了大量的节水估计,从4万立方米到2.5亿立方米。从萨克拉门托河流入旧金山湾的大约一分钟流量,到略低于该州最大水库流量的5%。这并不是什么都没有,但也不会改变你的生活。

然而,有许多事物使这些计算比经济分析更复杂。例如,运河上的电缆可能会使维护复杂化,即使所述维护不必经常发生。运河并不总是位于易于连接加利福尼亚州电网的场地附近。与一个更紧凑的网站不同,接线长,拉伸排列的小组可以大大增加成本。

但也有偏移因素。例如,在干旱期间,水的价格可以大大增长,因此系统中的额外水将偶尔接受更高的价值。储蓄还可以帮助限制加利福尼亚州地下水的缩减导致各种问题还有本州的基础设施,包括运河本身。最后,中央山谷的很多灌溉泵都是由柴油发动机驱动的,这是高度污染的,所以有可能太阳能微型电网可以减少污染和化石燃料的使用,即使它们没有连接到电网。

然而,在很多方面,这项工作的价值不一定是加利福尼亚州的。这里开发的模型可能对任何可能的上下文都有用,这些内容可以允许其他语言环境评估太阳能的这种方法的潜在和权衡 - 以及权衡 -

自然的可持续性, 2021年。DOI:10.1038 / s41893-021-00693-8关于Dois.)。

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