太阳能发电可能是拯救乌克兰核废地的答案


Image copyright iStock1986年4月,切尔诺贝利核电站遭受了灾难性的熔毁事故。爆炸将反应堆堆芯的一部分释放到大气中,造成历史上最严重的核事故。随后的放射性沉降物(其中一些远及英国威尔士地区)导致切尔诺贝利周围变成禁入区。

如今的切尔诺贝利禁入区占地1000平方英里(2600平方公里),其中的一个区域曾经是12万人口的家园。他们中的大多数人当时居住在现在已经废弃的两座城市:普里皮亚季(Pripyat)和切尔诺贝利。禁入区仍然有效,因为该区域的污染程度过高,不适宜人类居住或用于农业。

尽管切尔诺贝利核电站4号反应堆已经熔毁,然而1号到3号反应堆之后仍然继续运行,因为乌克兰需要电力供应。3号反应堆直到2000年12月才退役。

除了少数几个高强度辐射地点以外,进入切尔诺贝利禁入区已经相对安全,前提是你只呆很短的时间。由于对该地区的强烈兴趣,以及该地区独特的生物多样性,切尔诺贝利禁入区在2011年被正式宣布为旅游胜地。新石棺成功安装后,损坏的反应堆将被密封100年,灾难现场从而即将恢复活力。

Image copyright iStock Image caption 核事故发生后几个小时,附近的城镇进行了疏散——而居民再也没回到这里。今年早些时候,乌克兰生态和自然资源部部长奥斯塔普•塞莫拉克(Ostap Semerak)宣布计划在切尔诺贝利的禁入区建设一个大型太阳能发电场。 “第一阶段将安装总容量为1千兆瓦的太阳能电池板,”该部的发言人说,”未来,还有增加产能的计划。

一个25英亩放满太阳能电池板的发电场的发电量大约是5兆瓦(5MW)。为了方便理解,曼联老特拉福德(Old Trafford)的足球场面积是1.75英亩,仅能产生0.35兆瓦。因此,一个发电一千兆瓦太阳能发电场将需要5000英亩土地,也就是近八平方英里。幸运的是,禁入区有很多可用的土地。

在禁入区建设太阳能发电场的想法建立在合理的基础上。”邻近禁入区有几乎没有负载的电网,所以有可能以最小的成本让发电场与电网相连,这是建立太阳能发电场的决策基础,” 乌克兰生态和自然资源部的发言人说。除了现有的高压电力基础设施以外,还有一批接受过电厂操作培训的技术工人。另外,该地区由于核泄漏残留物的沉降而不能开展农业活动。

太阳能电池板利用太阳光子发电,将电子存储在硅制顶层内,然后电子传输到底部的另一个硅层,从而产生电流。

Arup公司的全球能源负责人艾伦•汤姆森(Alan Thomson)说:”太阳能电池板的制造相对复杂,但其形式相对简单,并且能够抗干扰和腐蚀。这使得太阳能电池板非常适合在偏远或难以到达的地区发电。

现在有超过40种不同类型的太阳能电池板技术。虽然它们的运作方式相同,但是其中一些的效率更高。在禁入区这样的地方有大片空间,乌克兰政府将很可能寻求成本效益较高的方法来使用最耐久的太阳能电池板技术。一旦可行性研究完成,将确定具体的实施方案。

切尔诺贝利禁入区的纬度与英格兰南部大致相同。在夏季,这里是太阳能发电的绝佳位置,但在冬季则较差。

Image copyright iStock Image caption 面板将倾斜放置,以便积雪滑落——这也将有助于保持面板的清洁和发电效率。然而,在禁入区建设产能达到一千兆瓦的太阳能发电场将面临一系列工程挑战。

第一个关键点是确定具体在何处建造太阳能发电场。有各种各样的问题需要考虑,主要问题是需要避免高强度辐射点。

这些高强度辐射点在地图上已经明确标识。虽然太阳能电池板不会受到影响,但是在安装或后续维护期间,工作人员不论是在现场,还是在区域内穿行时,都有可能暴露在高辐射下。

由于来自切尔诺贝利事故的放射性同位素现在已经渗入土壤,工程师必须尽可能避免触动地面。汤姆森说:”使用螺旋桩像一个巨型开瓶器一样打下地基,而不是在地面挖洞,放入大块的混凝土,”这种方法可以在安装面板的同时避免过多的触动土壤。

另一个问题是保持太阳能电池板清洁,以便它们尽可能高效的工作。考虑到区内的环境,太阳能电池板需要以30度角安装,这样积雪就可以滑落,同时产生清洁的效果。许多太阳能电池板还需使用特殊的涂层,以解决以往尘埃堆积的问题。

太阳能发电场还需要一个变压器将发电场的电力输出”升高”到乌克兰电网使用的750伏。”核电厂的发电量无法与太阳能电池板相提并论。”汤姆森说,”你将需要采用某种形式的变电站升高电压。”然而,建设一个新的变电站可能需要挖掘地基,这可能会触动地下污染物。

Image copyright iStock Image caption 虽然没有居民返回,但是动物已经回到了禁入区,增加了这里的生物多样性。环境问题也需要考虑,随着该地区从1986年事故中恢复过来,它的生物多样性引起了人们强烈的兴趣。自灾难以来,已经有数万名居民撤离,让禁入区成为野生动物的避风港。现有的动物种群已经大量繁殖,更有一些稀有物种返回区内,比如普氏野马(Przewalski’s horses)。汤姆森说:”你要小心别遭遇环保人士的抗议,因为你正在干预的是人们一开始不想要、但现在感兴趣的东西。”

太阳能发电场的一个主要优点是可以远程监控,这意味着不需要电厂员工进行检查。太阳能电池板也可远程检查以评估其性能。

一旦需要更换一定数量的太阳能电池板,就可以派出一支维护团队,并为其提供精确的细节,比如哪些面板需要更换,哪里可以找到它们,从而最大限度地减少他们呆在禁入区的时间。

太阳能电池板的最大问题之一是它们只在白天发电,因此冬季发电量自然要少得多。不过这可以通过存储白天产生的多余能量来抵消。一个方法是利用附近的德涅斯特市(Dniester)的抽水蓄能电站计划。该计划预计在2017年完成。

抽水蓄能电站是利用水的重力势能存储能量。原理是将电网中的过剩电力用来将水抽到高处的水库。而在用电需求高峰时将水库中存储的水释放,为涡轮机提供动力,进行水力发电。

Image copyright iStock Image caption 乌克兰有大量的夏日阳光——但冬天却是另一回事。展望未来,采用其他形式的可再生能源也不奇怪。乌克兰生态和自然资源部的发言人称:”太阳能项目的实施是禁入区的发展重点之一,但也不排除其他发电形式(如风力发电和生物燃料),只要对投资者具有吸引力。

汤姆森说:”在某个阶段,他们可能也希望多种组合的开发方式,以获得多样性。在太阳能发电场不能发电时,风电场可以发电,例如夜晚。”然而,风电场自身存在问题,最突出的一个是需要打地基——这在放射性禁入区是禁止的。

乌克兰政府目前处于”该项目研究和准备的前置阶段”,正在与投资公司和能源开发商进行谈判获取开发资金。

生态和自然资源部的发言人说:”在事故发生30年后,禁入区可能回归,成为乌克兰能源行业的中心。”

随着这个庞大的太阳能发电场的开发,切尔诺贝利将重新夺回乌克兰能源供应基地的地位——但这次是以更安全和更环保的形式。

请访问BBC Future阅读英文原文。

(BBC)

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