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干货 | 漂浮光伏电站结构解决方案

干货 | 漂浮光伏电站结构解决方案 林洋新能源
2018-05-03
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导读:随着光伏行业的迅速发展,光伏电站呈现出多元化建设形式,以不改变原有土地、水域性质为前提,建设农光互补、渔光互补等光伏电站成为目前光伏电站建设的主流。


水上漂浮光伏电站建设结构解决方案主要包括:光伏电站站址选择、光伏电站支架结构形式选择、主要设备平台结构形式选择、光伏发电系统锚固方式的选择等。



1水上漂浮光伏电站站址选择解决方案


一般来说,光伏电站站址选择需综合考虑光照、建设规模、电力输送、设计、施工、投资收益等方面。水上漂浮光伏电站站址选择侧重点在于设计、施工的可操作性及电站运行的安全可靠性,应主要考虑以下几个方面:

1)站址的稳定性。分析水域形成的原因,了解水位变化规律,特别是采矿沉陷区应做专门的分析判定,沉稳后方可进行光伏电站建设。

2)站址的气候特征。影响漂浮光伏电站建设主要气候特征有风压、雪压、温度、冻结深度及变化幅度等,不应在频繁出现极端天气的站址建设光伏电站。

3)站址的腐蚀性。腐蚀性主要包括地表水、地下水、土壤、空气等的腐蚀性特征,合理选择结构材料及防腐措施。

4)站址水域特征。水域水面应相对规则、连续,不宜在陡升陡降区建设光伏电站。对于水域水体是流动结构的区域应控制水流速度,水流速度过大也不适宜建设光伏电站。

5)站址选择应便于材料运输和施工。


2水上漂浮光伏电站支架结构形式解决方案


水上漂浮光伏电站支架结构体系与一般电站区别在于支架基础是飘在水面上的浮体,稳定性不好,受水体、风速、波浪动力等影响较大,结构设计应充分考虑以上因素并选择合适的辅助软件和理论进行计算分析,光伏组件、支架及浮体在漂浮电站中应配套设计和使用。


1)单面发电光伏组件支架系统。单面发电光伏组件简称普通组件,支架系统设计时不考虑背面反光、阴影等影响,设计安装角度根据支架系统能承受的外力条件确定,一般控制在12度左右。图1为在带倾角浮体上安装组件,安装组件的浮体为主浮体,主浮体之间的浮体为辅助浮体,主要作用是将主浮体连成一体且兼做检修运维通道。这种结构形式主要优势是整体性好,刚柔兼顾,对风及波浪力具有较好的缓冲和扩散作用,主要缺点是受冻胀影响较大,对浮体材料性能要求较高。


1:带倾角浮体——组件安装结构方案


2)双面发电光伏组件支架系统。双面发电光伏组件简称双面组件,支架系统设计时需考虑背面反光、阴影等影响,设计安装角度根据支架系统能承受的外力条件确定,一般控制在12度左右。图2为在浮箱上设置纵横向支撑体系及检修通道,浮体上安装固定支架,在支架上固定组件。这种结构形式主要优势是支架体统可根据组件性能进行设计,确保组件安装高度和角度,保证背面反光条件,最大限度发挥双面组件优势,与组件匹配性较高,受冻胀影响相对较小,主要缺点是支架整体性稍差,受风荷载及波浪荷载影响较大,结构体系在运行之中变形较大,稳定性稍差。


2:固定支架、浮箱一体式——组件安装结构方案


3水上漂浮光伏电站主要设备平台结构形式解决方案


一般来说,水上漂浮光伏电站布置在水面上的主要设备有箱式变压器、集中式逆变器、组串式逆变器、交(直)流汇流箱等,根据水面分布情况,设备布置在水面或是岸边应综合考虑安全性、经济性、运维便捷性等方面。其中,组串式逆变器、交(直流)汇流箱等重量和体积较小的设备可采用固定组件的浮体来固定,必要时单独设置浮体固定,防止局部重量太大,影响结构稳定性。箱式变压器、集中式逆变器设备平台可采用现浇或预制混凝土浮箱,漂浮在水面上,配套设置相应的锚固系统,图3为混凝土浮箱设备平台浮体,这种结构形式对于塌陷区或是离岸边较远的水域经济性和安全性方面均有优势。图4为组串式逆变器、汇流箱安装方案。


图3:集中式箱、逆变浮箱——水上设备平台方案


图4:组串式逆变器、汇流箱安装——水上设备平台方案

 

3水上漂浮光伏电站锚固体统解决方案

 

前面提到的支架系统和设备安装平台等都需要跟锚固系统配套使用,锚固系统是水上漂浮光伏电站设计的主要难点,是建设漂浮电站必须要解决的问题,锚固系统设计主要考虑以下几个方面:

1)锚固系统应进行受力系统模拟仿真计算,选择合适的辅助软件和理论依据进行设计。

2)锚固系统受力分析应综合考虑风向、锚点、波浪力、方阵夹角等因素,合理进行计算模型假定和简化。

3)锚固系统应验算浮体受力处拉耳、插销及连接件受力。

4)光伏方阵和设备平台锚固系统可综合考虑设计,也可单独设计,需确保有足够的安全距离,避免阴影遮挡和碰撞损坏。

5)锚固系统锚栓长度及锚点位置需充分考虑设计水位变化幅度,应满足极限条件下安全、稳定运行。

6)锚固系统可采用水下锚固和岸边锚固相结合方式,水下锚固方式主要有:船锚锚固、混凝土锚块锚固、螺旋桩、预应力管桩等;岸堤锚固主要是螺旋桩、锚杆、锚桩等锚固方式,优先采用岸堤锚固方式。

 

5:锚固系统受力图——锚固系统方案   


  

6:混凝土锚块锚固——锚固系统方案

  

7:螺旋桩锚固——锚固系统方案


图8:鳐锚锚固——锚固系统方案



林洋新能源研究院

光伏电站设计 | 综合能效服务

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