太陽能發電可能是拯救烏克蘭核廢地的答案

切爾諾貝利 Image copyright iStock

1986年4月,切爾諾貝利核電站遭受了災難性的熔毀事故。爆炸將反應堆堆芯的一部分釋放到大氣中,造成歷史上最嚴重的核事故。隨後的放射性沉降物(其中一些遠及英國威爾士地區)導致切爾諾貝利周圍變成禁入區。

如今的切爾諾貝利禁入區佔地1000平方英里(2600平方公里),其中的一個區域曾經是12萬人口的家園。他們中的大多數人當時居住在現在已經廢棄的兩座城市:普裏皮亞季(Pripyat)和切爾諾貝利。禁入區仍然有效,因為該區域的污染程度過高,不適宜人類居住或用於農業。

儘管切爾諾貝利核電站4號反應堆已經熔毀,然而1號到3號反應堆之後仍然繼續運行,因為烏克蘭需要電力供應。3號反應堆直到2000年12月才退役。

除了少數幾個高強度輻射地點以外,進入切爾諾貝利禁入區已經相對安全,前提是你只呆很短的時間。由於對該地區的強烈興趣,以及該地區獨特的生物多樣性,切爾諾貝利禁入區在2011年被正式宣佈為旅遊勝地。新石棺成功安裝後,損壞的反應堆將被密封100年,災難現場從而即將恢復活力。

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Image caption 核事故發生後幾個小時,附近的城鎮進行了疏散——而居民再也沒回到這裏。

今年早些時候,烏克蘭生態和自然資源部部長奧斯塔普•塞莫拉克(Ostap Semerak)宣佈計劃在切爾諾貝利的禁入區建設一個大型太陽能發電場。 "第一階段將安裝總容量為1千兆瓦的太陽能電池板,"該部的發言人說,"未來,還有增加產能的計劃。

一個25英畝放滿太陽能電池板的發電場的發電量大約是5兆瓦(5MW)。為了方便理解,曼聯老特拉福德(Old Trafford)的足球場面積是1.75英畝,僅能產生0.35兆瓦。因此,一個發電一千兆瓦太陽能發電場將需要5000英畝土地,也就是近八平方英里。幸運的是,禁入區有很多可用的土地。

在禁入區建設太陽能發電場的想法建立在合理的基礎上。"鄰近禁入區有幾乎沒有負載的電網,所以有可能以最小的成本讓發電場與電網相連,這是建立太陽能發電場的決策基礎," 烏克蘭生態和自然資源部的發言人說。除了現有的高壓電力基礎設施以外,還有一批接受過電廠操作培訓的技術工人。另外,該地區由於核洩漏殘留物的沉降而不能開展農業活動。

太陽能電池板利用太陽光子發電,將電子存儲在硅制頂層內,然後電子傳輸到底部的另一個硅層,從而產生電流。

Arup公司的全球能源負責人艾倫•湯姆森(Alan Thomson)說:"太陽能電池板的製造相對複雜,但其形式相對簡單,並且能夠抗干擾和腐蝕。這使得太陽能電池板非常適合在偏遠或難以到達的地區發電。

現在有超過40種不同類型的太陽能電池板技術。雖然它們的運作方式相同,但是其中一些的效率更高。在禁入區這樣的地方有大片空間,烏克蘭政府將很可能尋求成本效益較高的方法來使用最耐久的太陽能電池板技術。一旦可行性研究完成,將確定具體的實施方案。

切爾諾貝利禁入區的緯度與英格蘭南部大致相同。在夏季,這裏是太陽能發電的絶佳位置,但在冬季則較差。

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Image caption 面板將傾斜放置,以便積雪滑落——這也將有助於保持面板的清潔和發電效率。

然而,在禁入區建設產能達到一千兆瓦的太陽能發電場將面臨一系列工程挑戰。

第一個關鍵點是確定具體在何處建造太陽能發電場。有各種各樣的問題需要考慮,主要問題是需要避免高強度輻射點。

這些高強度輻射點在地圖上已經明確標識。雖然太陽能電池板不會受到影響,但是在安裝或後續維護期間,工作人員不論是在現場,還是在區域內穿行時,都有可能暴露在高輻射下。

由於來自切爾諾貝利事故的放射性同位素現在已經滲入土壤,工程師必須盡可能避免觸動地面。湯姆森說:"使用螺旋樁像一個巨型開瓶器一樣打下地基,而不是在地面挖洞,放入大塊的混凝土,"這種方法可以在安裝面板的同時避免過多的觸動土壤。

另一個問題是保持太陽能電池板清潔,以便它們盡可能高效的工作。考慮到區內的環境,太陽能電池板需要以30度角安裝,這樣積雪就可以滑落,同時產生清潔的效果。許多太陽能電池板還需使用特殊的塗層,以解決以往塵埃堆積的問題。

太陽能發電場還需要一個變壓器將發電場的電力輸出"升高"到烏克蘭電網使用的750伏。"核電廠的發電量無法與太陽能電池板相提並論。"湯姆森說,"你將需要採用某種形式的變電站升高電壓。"然而,建設一個新的變電站可能需要挖掘地基,這可能會觸動地下污染物。

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Image caption 雖然沒有居民返回,但是動物已經回到了禁入區,增加了這裏的生物多樣性。

環境問題也需要考慮,隨著該地區從1986年事故中恢復過來,它的生物多樣性引起了人們強烈的興趣。自災難以來,已經有數萬名居民撤離,讓禁入區成為野生動物的避風港。現有的動物種群已經大量繁殖,更有一些稀有物種返回區內,比如普氏野馬(Przewalski's horses)。湯姆森說:"你要小心別遭遇環保人士的抗議,因為你正在干預的是人們一開始不想要、但現在感興趣的東西。"

太陽能發電場的一個主要優點是可以遠程監控,這意味著不需要電廠員工進行檢查。太陽能電池板也可遠程檢查以評估其性能。

一旦需要更換一定數量的太陽能電池板,就可以派出一支維護團隊,並為其提供精確的細節,比如哪些面板需要更換,哪裏可以找到它們,從而最大限度地減少他們呆在禁入區的時間。

太陽能電池板的最大問題之一是它們只在白天發電,因此冬季發電量自然要少得多。不過這可以通過存儲白天產生的多餘能量來抵消。一個方法是利用附近的德涅斯特市(Dniester)的抽水蓄能電站計劃。該計劃預計在2017年完成。

抽水蓄能電站是利用水的重力勢能存儲能量。原理是將電網中的過剩電力用來將水抽到高處的水庫。而在用電需求高峰時將水庫中存儲的水釋放,為渦輪機提供動力,進行水力發電。

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Image caption 烏克蘭有大量的夏日陽光——但冬天卻是另一回事。

展望未來,採用其他形式的可再生能源也不奇怪。烏克蘭生態和自然資源部的發言人稱:"太陽能項目的實施是禁入區的發展重點之一,但也不排除其他發電形式(如風力發電和生物燃料),只要對投資者具有吸引力。

湯姆森說:"在某個階段,他們可能也希望多種組合的開發方式,以獲得多樣性。在太陽能發電場不能發電時,風電場可以發電,例如夜晚。"然而,風電場自身存在問題,最突出的一個是需要打地基——這在放射性禁入區是禁止的。

烏克蘭政府目前處於"該項目研究和凖備的前置階段",正在與投資公司和能源開發商進行談判獲取開發資金。

生態和自然資源部的發言人說:"在事故發生30年後,禁入區可能回歸,成為烏克蘭能源行業的中心。"

隨著這個龐大的太陽能發電場的開發,切爾諾貝利將重新奪回烏克蘭能源供應基地的地位——但這次是以更安全和更環保的形式。

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