Sunt lacurile de acumulare o solutie pentru instalarea panourilor fotovoltaice? Avantaje si riscuri

China, India, Portugalia și chiar România au inițiat proiecte pentru construcția unor sisteme de panouri fotovoltaice plutitoare amenajate pe lacuri de acumulare, care oferă o serie de avantaje importante comparativ cu sistemele clasice instalate pe terenuri.

Energia solară este cea mai accesibilă formă de energie electrică pe care o avem în prezent la dispoziție, cel puțin până în momentul în care cercetătorii vor reuși să obțină electricitate prin procesul de fuziune nucleară, întrucât Soarele trimite în fiecare oră pe Pământ o cantitate de energie suficient de mare pentru a asigura consumul de energie electrică al planetei pentru un an de zile.

În prezent, energia solară este captată prin sisteme de panouri fotovoltaice, care în ultimii ani au devenit populare inclusiv în România ca urmare a creșterii prețurilor la energie electrică și datorită programului guvernamental Casa Verde Fotovoltaice.

Pe măsură ce tehnologia s-a maturizat, marile state ale lumii au realizat că pot utiliza panourile fotovoltaice și în alt mod decât cele clasice reprezentate de montarea pe acoperișul caselor sau pe terenuri cu potențial agricol. Așa au apărut primele proiecte de parcuri fotovoltaice pe lacuri de acumulare.

Unul dintre principalele avantaje ale implementării unui sistem de panouri fotovoltaice pe lacurile de acumulare este conservarea terenului, care poate fi astfel folosit pentru agricultură sau construcții. În același timp, în contextul schimbărilor climatice, panourile fotovoltaice plutitoare au ca avantaj major reducerea evaporării apei din lacurile de acumulare, un fenomen care s-a accentuat puternic în ultimii ani inclusiv în Europa în absența precipitațiilor și care afectează aprovizionarea cu apă potabilă a locuitorilor.

Alte avantaje sunt reducerea eroziunii țărmului, întrucât vânturile puternice sunt parțial obstrucționate de platforma de panouri, și reducerea capacității de dezvoltare a algelor, întrucât prezența panourilor limitează cantitatea de lumina care ajunge în apă.

Nu în ultimul rând, eficiența unor astfel de sisteme este ușor mai ridicată comparativ cu panourile fotovoltaice montate pe case sau terenuri, întrucât apa contribuie la o răcire mai eficientă a panourilor, în condițiile în care căldura excesivă limitează cantitatea de energie captată.

Panouri fotovoltaice plutitoare în Singapore.

Între timp, cel mai important dezavantaj al unui astfel de sistem de panouri fotovoltaice este legat de creșterea costurilor de implementare cu 10%-20% comparativ cu sistemele convenționale, concomitent cu costuri de mentenanță mai mari generate de complexitatea procedurilor de reparare sau înlocuire a unor panouri sau componente.

Un studiu publicat în martie 2023 în publicația Nature arată că la nivel global există circa 115.000 de lacuri de acumulare cu o suprafață totală de circa 400.000 de kilometri pătrați. Dacă 30% din suprafața acestor lacuri ar fi acoperită cu sisteme de panouri fotovoltaice, acestea ar putea genera peste 9.400 TWh de energie electrică pe an, aproape jumătate din energia electrică consumată anual la nivel global. În plus, întrucât lacurile de acumulare sunt situate în apropierea localităților, studiul estimează că 154 de metropole și alte 6.000 de localități din 124 de țări și-ar putea asigura întregul necesar de energie electrică doar din aceste sisteme de panouri fotovoltaice.

Nu în ultimul rând, într-un astfel de scenariu s-ar preveni evaporarea unei cantități de peste 106 kilometri cubi de apă pe an.

Cum funcționează panourile fotovoltaice plutitoare

În principiu, panourile fotovoltaice montate pe lacurile de acumulare generează costuri mai mari, întrucât necesită un sistem de ancorare complex. Configurația acestuia este determinată în principal de studiul batimetric – prin care se analizează adâncimea lacului de acumulare – și de studiul topografic – pentru că de cele mai multe ori fundul lacului nu este unul perfect plat. În plus, inginerii iau în calcul și nivelul istoric al apei, întrucât acesta diferă de la un sezon la altul.

În funcție de acești factori, sistemul de ancorare poate fi atașat direct de fundul lacului (pentru lacurile cu adâncime mică), de țărm (pentru lacurile cu suprafețe reduse) sau prin piloți de ancorare (în cazul lacurilor adânci).

În pasul următor, pe sistemul de ancorare se montează sistemul plutitor de panouri fotovoltaice. Și aici există mai multe opțiuni, iar tehnologia progresează rapid în domeniu. De exemplu, panourile fotovoltaice pot fi montate direct pe platforma plutitoare la un anumit unghi, în funcție de înclinarea optimă raportată la poziția geografică. O altă soluție este cunoscută sub numele de “membrană” și presupune montarea panourilor direct pe platforma plutitoare, în poziție orizontală, ceea ce va afecta însă capacitatea de absorbție a energiei solare. Nu în ultimul rând, există și panouri montate în plan înclinat care se sprijină pe un sistem de susținere metalic. Această ultimă variantă permite o răcire mai eficientă pentru panouri în perioadele caniculare, însă presupune costuri mai mari. Cu alte cuvinte, soluția optimă diferă de la un lac de acumulare la altul.

Energia captată de panourile fotovoltaice este transmisă prin cabluri către un invertor, care o transformă în energie electrică în curent alternativ, iar de aici este transmisă mai departe în rețeaua națională de energie electrică.

Cele mai mari sisteme de panouri fotovoltaice plutitoare

Chiar dacă aceste sisteme fotovoltaice plutitoare au câștigat teren abia în ultimii ani, tehnologia în sine nu este deloc una nouă. Primul sistem de panouri fotovoltaice plutitoare a fost instalat în California în anul 2008 și avea o capacitate de 477 kW. Au urmat o serie de proiecte minore în diverse regiuni, însă treptat cele mai mari astfel de sisteme au apărut în Asia, în special datorită faptului că terenurile disponibile pentru parcuri tradiționale sunt mai reduse comparativ cu alte regiuni ale lumii.

Până la sfârșitul anului 2020, capacitatea totală instalată la nivel global cu astfel de sisteme plutitoare a ajuns la 2,3 GW, iar țara cea mai dezvoltată din acest punct de vedere este China. De altfel, cel mai mare sistem aflat în funcțiune este Dezhou Dingzhuang de 320 MW din provincia chineză Shandong, care a fost finalizat în două etape în 2020 și 2022. În plus, după finalizarea celei de-a două etape, sistemul a fost conectat la un parc eolian de 100 MW și la o stație de stocare a energiei electrice de 8 MWh. Compania chineză controlată de stat nu a oferit însă date tehnice detaliate despre acest proiect, cu excepția faptului că poate genera până la 550 GWh de energie electrică pe an.

Teoretic, în perioada următoare, India va deveni gazda celui mai mare parc fotovoltaic plutitor din lume, care se află în prezent în faza de construcție la barajul Omkareshwar de pe râul Narmada care traversează statul indian Madhya Pradesh. Proiectul este coordonat de compania de stat Power Purchase Agreement și în faza inițială va avea o putere instalată de 278 MW, înainte de a fi extins cu încă 300 MW. Astfel, în total, proiectul va avea 578 MW și se va întinde pe o suprafață de 100 de kilometri pătrați.

De asemenea, Singapore a inaugurat în anul 2021 un proiect de 60 MW cu o suprafață de 45 de hectare pe un lac de acumulare din vestul orașului-stat. Proiectul se numește Sembcorp Tengeh Floating Solar Farm și a fost dezvoltat de o subsidiară a companiei Sembcorp Industries. Oficialii susțin că mentenanța celor 122.000 de panouri fotovoltaice va fi asigurată inclusiv prin intermediul unor drone, însă nu au oferit detalii concrete în această direcție.

Sisteme de panouri fotovoltaice plutitoare în Europa

Între timp, Europa face la rândul ei pași timizi pentru construirea unor sisteme de panouri fotovoltaice plutitoare. Cel mai important proiect european se derulează în prezent în Portugalia, pe lacul de acumulare Alqueva, și presupune instalarea a 12.000 de panouri fotovoltaice care ocupă o suprafață totală de 4 hectare.

La finalul construcției, capacitatea sistemului va fi de 70 MW, iar acesta va fi conectat la un sistem complementar de 14 MW de panouri fotovoltaice clasice și la un sistem de turbine eoliene de 70 MW. Astfel, în total, sistemul hibrid va avea capacitatea de 154 MW și va putea produce 300 GWh de energie electrică anual, o cantitate suficientă pentru alimentare a aproximativ 92.000 de locuințe. De asemenea, proiectul prevede și instalarea unui sistem de baterii cu o capacitate de stocare de 2 MWh.

Una dintre inovațiile proiectului este legată de platforma plutitoare pe care sunt montate panourile fotovoltaice. Aceasta este produsă dintr-o combinație de plastic reciclat și compozite din plută, componente care asigură o reducere cu 30% a emisiilor de dioxid de carbon în timpul producției, iar masa platfromei este cu 15% mai mică decât în cazul utilizării unor materiale convenționale. Aceasta compoziție este utilizată în premieră în cadrul acestui proiect.

Întregul proiect este coordonat de EDP Renewables, al patrulea cel mai mare producător de energie din surse regenerabile din lume.

Alte proiecte europene se derulează în prezent în Țările de Jos, Franța, Marea Britanie și Grecia, însă acestea sunt semnificativ mai mici decât cele din Asia și chiar comparativ cu cel din Portugalia: cel mult câteva zeci de MW. În Germania se construiește un astfel de sistem pilot de numai 1,5 MW, mai mult pentru testarea eficienței tehnologiei înainte de realizarea unor proiecte de anvergură mai mare.

Dintre aceste proiecte, cel mai mult se remarcă sistemul Protevs din Țările de Jos. În ciuda puterii instalate de numai 73 kW, sistemul este unul interesant pentru că platforma plutitoare este mobilă, iar panourile solare își pot modifica inclinarea între 0 grade și 45 de grade. Cu alte cuvinte, poziția panourilor poate fi modificată pentru a capta cantitatea maximă de energie solară, în funcție de poziționarea Soarelui pe cer. Cuplat cu răcirea panourilor solare de către apă, eficiența acestui sistem este cu 40% mai mare comparativ cu un sistem clasic de panouri fotovoltaice.

România: Hidroelectrica și proiectul de 300 MW de pe râul Olt

Pe hârtie, România are unul dintre cele mai ambițioase proiecte de panouri fotovoltaice plutitoare, iar acesta este conceput de compania de stat Hidroelectrica, cel mai mare producător de energie electrică din țară. Compania a anunțat încă de la sfârșitul anului 2021 că intenționează să construiască un sistem cu o putere instalată de 300 MW amenajat în județul Brașov, pe un lac de acumulare alimentat de râul Olt. Cu toate acestea, procedurile pentru realizarea unui studiu de fezabilitate pentru acest proiect au fost lansate abia în ianuarie 2023, motiv pentru care vor mai trece probabil câțiva ani până la implementarea efectivă a proiectului.

Până atunci, tot Hidroelectrica vrea să realizeze un proiect pilot de anvergură mult mai mică, cu o putere de numai 10 MW, în județul Olt, într-o zonă în care există deja o hidrocentrală, pentru a testa această tehnologie.

Chiar dacă pentru moment oferă cantități de energie electrică semnificativ mai mici decât sistemele clasice de panouri fotovoltaice, noile sisteme plutitoare au potențialul de a deveni populare datorită numeroaselor avantaje pe care le prezintă. În plus, chiar dacă în prezent presupun costuri de construcție mai ridicate, aceste sisteme plutitoare pot deveni în timp mai eficiente din punct de vedere financiar, pe măsură ce tehnologiile utilizate se vor maturiza.

De altfel, specialiștii estimează că, până la sfârșitul anului 2030, astfel de sisteme plutitoare vor avea în total o putere instalată de circa 62 GW la nivel global.