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《Journal of Cleaner Production》：Carbon sequestration in soil affected by mineral-doped biochar: Roles of soil aggregate and microbial community

本研究提出集成浮式太阳能能（IFSE）指数，用于沿海地区浮式光伏系统选址，综合考虑太阳能资源、安装成本及环境社会经济因素。以西班牙比戈湾为例，通过分析确定四个适宜区域，其中A1区域因高资源利用率和低成本最具潜力，为决策提供科学依据。

　　浮动太阳能光伏（FPV）技术作为可再生能源领域的一个新兴方向，近年来在全球范围内得到了迅速发展。特别是在海洋和沿海区域，FPV的部署不仅有助于缓解陆地资源紧张的问题，还能在特定环境下提升能源效率。然而，由于沿海地区环境复杂、多用途共存以及自然地理条件的多样性，如何科学地选择FPV的最佳部署地点仍然是一个关键挑战。本文提出了一种新的综合浮动太阳能能源（IFSE）指数，旨在通过系统分析太阳能资源、安装成本以及社会经济和环境因素，为FPV在沿海地区的选址提供支持。

### 一、背景与研究意义

随着全球对气候中性目标的追求，能源结构的多样化和去碳化成为国际社会的重要任务。太阳能和风能等可再生能源在碳排放减少方面发挥了重要作用，但传统陆上太阳能设施（GPV）在发达地区面临土地资源有限的问题。因此，海洋和沿海环境被视为发展可再生能源的新前沿。浮动太阳能光伏系统由于其能够利用水面资源，避免土地占用，并且在某些情况下效率更高，因此成为一种具有潜力的解决方案。

尽管FPV技术在近海环境中的应用已有一定基础，但其在近岸区域，如河口、海湾等的部署仍缺乏系统性的研究。这些区域往往具有独特的地理特征，例如浅水或中等深度、潮间带和露出区域，以及狭窄的水道。同时，这些区域也是多种社会经济活动和环境保护区域的交汇点，例如水产养殖、航运、港口作业，以及如Natura 2000等受保护的自然区域。因此，选择FPV的部署地点需要综合考虑这些因素，以确保技术的可行性和环境的可持续性。

在这一背景下，IFSE指数的提出具有重要意义。该指数基于一种全面的方法论，整合了关键的决策因素：可利用的太阳能资源、安装成本与地理条件之间的关系，以及社会经济和环境方面的限制。通过这一方法，可以为FPV在沿海地区的部署提供一个科学依据，帮助决策者识别最适合的区域，同时减少早期项目阶段的不确定性。

### 二、IFSE指数的构成与计算

IFSE指数的构建过程分为几个关键步骤，首先是对太阳能资源的评估，其次是对安装成本的建模，最后是社会经济和环境因素的量化分析。太阳能资源的评估主要依赖于全球水平辐照度（GHI）的分布，通过一个称为SE（太阳能资源指数）的参数来衡量。SE的计算考虑了实际GHI值与一个基准值之间的比率，同时引入了一个修正因子，用于模拟海洋环境对光伏系统效率的影响。这一修正因子基于光伏系统的温度系数，结合实际温度和标准测试条件（STC）下的温度，以更准确地反映海洋环境对FPV性能的潜在提升。

其次，安装成本的建模涉及对地理特征的分析，例如水深和海岸线距离。这些因素直接影响电缆铺设和锚定系统的成本。通过一个称为C_gp,s（地理成本惩罚函数）的模型，将这些成本因素转化为对选址的量化影响。该函数基于水深和海岸线距离，计算出的值越低，表示安装成本越低，因此该区域越适合FPV的部署。

最后，社会经济和环境因素的评估通过一个称为U_gp（地理水用途惩罚函数）的模型来实现。该模型考虑了各种水用途，如渔业、航运、港口区域、受保护的自然区域等，并通过对这些用途的量化评估，确定FPV部署可能带来的冲突程度。U_gp的值越低，表示该区域的社会经济和环境冲突越小，因此越适合FPV的建设。

将SE、C_gp,s和U_gp三个参数进行综合，可以得到最终的IFSE指数。该指数的数值越高，表示该区域越适合FPV的部署。通过这种综合分析，可以更全面地评估FPV的可行性，而不仅仅是基于单一因素。

### 三、IFSE指数的应用：以Ría de Vigo为例

Ría de Vigo是位于西班牙西北部的一个河口，因其独特的地理条件和适宜的环境而成为研究FPV选址的理想案例。该区域被Cíes群岛自然屏障所包围，具有较为稳定的环境条件，全年平均GHI值约为175–195 W/m2，这表明其在太阳能资源方面具有较高的可用性。此外，Ría de Vigo的水深和海岸线距离分布也为其FPV部署提供了重要的地理依据。

通过IFSE指数的应用，研究团队识别出四个主要的适合FPV部署的区域（A1至A4）。这些区域位于Ría de Vigo的外侧河口南部边缘，具有不同的地理和环境特征。例如，A1区域的平均IFSE指数为1.24，是四个区域中最高的，同时其可用面积约为7.98 km2，显示出较高的潜力。A3区域则由于靠近Baiona湾，其水深较浅，平均仅9米，但其IFSE指数仍保持在1.26左右，表明其在某些条件下仍具备较高的可行性。

值得注意的是，尽管A1和A3在IFSE指数上表现突出，但它们的环境条件也有所不同。A1区域的波浪条件相对温和，而A3区域由于靠近海湾，可能面临更大的波浪影响。因此，在考虑FPV部署时，还需要综合评估波浪条件对系统稳定性的影响，这在当前的IFSE指数计算中尚未纳入。

### 四、结果分析与展望

IFSE指数的应用不仅揭示了Ría de Vigo的潜在FPV部署区域，还为其他类似河口或沿海区域提供了可借鉴的框架。通过将太阳能资源、安装成本和社会经济环境因素纳入综合评估，IFSE指数能够帮助决策者更全面地了解不同区域的适宜性，从而优化项目设计和规划。

此外，该研究也指出，当前的IFSE指数虽然已经涵盖了多个关键因素，但在某些方面仍存在局限。例如，波浪条件对FPV安装和运行成本的影响尚未被完全考虑。因此，未来的研究可以进一步扩展IFSE指数，将其应用于更广泛的海洋环境，以更准确地评估波浪对系统的影响。

在实际应用中，IFSE指数不仅能够用于选址，还为后续的经济性分析提供了基础。通过该指数，可以更精确地预测FPV系统的成本效益，为政策制定者和投资者提供科学依据，以推动FPV技术在沿海地区的广泛应用。

### 五、结论与建议

综上所述，IFSE指数的提出为FPV在沿海地区的部署提供了一种科学、系统的方法。通过综合评估太阳能资源、安装成本和社会经济环境因素，该指数能够有效减少早期项目阶段的不确定性，为决策者提供可靠的参考。研究结果表明，Ría de Vigo存在多个适合FPV部署的区域，其中A1和A3因其较高的IFSE指数和相对适宜的环境条件而成为优先考虑的对象。

然而，为了进一步提升IFSE指数的实用性，未来的研究可以考虑引入更多影响因素，例如波浪条件、气候波动等，以增强其在复杂海洋环境中的适用性。此外，对于不同地区的具体需求，IFSE指数还需要进行本地化调整，以更好地反映当地的实际情况。这不仅有助于提高指数的准确性，还能促进FPV技术在全球范围内的推广和应用。

最后，虽然IFSE指数在早期选址中具有重要意义，但最终的FPV农场设计仍需依赖详细的经济分析和具体技术方案的评估。因此，该指数应被视为一个初步的决策工具，而不是最终的解决方案。通过不断优化和扩展IFSE指数，可以为可再生能源的发展提供更加全面的支持，推动全球向低碳、可持续的能源结构转型。