淺談水面漂浮式光伏電站工程設(shè)計(jì)

徐淑師

【摘??要】水上漂浮式光伏電站主要是利用水塘、中小型湖泊、水庫(kù)、蓄水池、采煤塌陷區(qū)形成的水上平臺(tái)將光伏組件漂浮在水面進(jìn)行發(fā)電。本文分析了水面光伏電站設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)和難點(diǎn)，浮體、組件、逆變器及漂浮平臺(tái)選型的特殊性，以及水面光伏電站建設(shè)各環(huán)節(jié)重點(diǎn)問(wèn)題分析。

【關(guān)鍵詞】水面漂浮光伏電站;浮體;設(shè)計(jì).

水上漂浮式光伏電站主要是利用水塘、中小型湖泊、水庫(kù)、蓄水池、采煤塌陷區(qū)形成的水上平臺(tái)將光伏組件漂浮在水面進(jìn)行發(fā)電。水上漂浮式光伏電站的組成部分主要為光伏面板、匯流箱、逆變?cè)O(shè)備、變壓器、集電線路、聚乙烯浮體架臺(tái)等。漂浮光伏電站的設(shè)計(jì)對(duì)EPC造價(jià)及電站的運(yùn)行維護(hù)都起到重要的作用。

1、水面漂浮光伏電站前期設(shè)計(jì)所需資料

（1）廠區(qū)紅線：確定水面范圍，落實(shí)水面租賃情況。

（2）地形圖：場(chǎng)址范圍內(nèi)比例尺不小于1：500的地形圖。測(cè)量圖包金地形圖、水面外形圖、水底地形圖、水面標(biāo)高等。

（3）巖土勘察資料：光伏發(fā)電工程站址區(qū)工程地質(zhì)初步勘察資料（含水質(zhì)分析、水、土壤腐蝕性分析等）。

（4）水文資料：當(dāng)?shù)睾恿鞣植记闆r及歷年洪水情況、場(chǎng)址處50年一遇最高洪（潮）水位，水位變化情況等。收集場(chǎng)址相連河道水丈資料，調(diào)查分析河道各種水源可供水量和取水可靠性，并進(jìn)行場(chǎng)址水源條件和極端水位分析評(píng)估。

（5）接入系統(tǒng)資料：已取得的接入電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及審查批復(fù)意見(jiàn)，以及本工程接入變電站的相關(guān)電氣資料。

以上資料直接影響到項(xiàng)目的可行性、經(jīng)濟(jì)性和后期能否順利實(shí)施的關(guān)鍵前期文件。

2、水面漂浮光伏電站設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1?漂浮系統(tǒng)

漂浮系統(tǒng)由光伏陣列漂浮系統(tǒng)和電氣設(shè)備漂浮系統(tǒng)構(gòu)成。設(shè)計(jì)需經(jīng)過(guò)比選，考慮電站的使用壽命，選擇滿足要求的漂浮系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮電站運(yùn)維檢修的便利和成本。

2.1.1?光伏陣列漂浮系統(tǒng)

光伏陣列漂浮系統(tǒng)建設(shè)形式分為浮管式和浮箱式。浮箱式又可分為HDPE標(biāo)準(zhǔn)浮箱式、HDPE浮箱加支架式和高強(qiáng)復(fù)合混凝土浮箱式。浮管式、標(biāo)準(zhǔn)浮箱式和HDPE浮箱加支架式漂浮光伏系統(tǒng)均廣泛適用于水深較深，塌陷區(qū)，具有防滲層的水庫(kù)等水域。最低枯水位時(shí)，光伏陣列下水深小于0.5m時(shí)，不能采用此系統(tǒng)。

浮管式漂浮光伏系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)為造價(jià)較低，浮管結(jié)構(gòu)受力合理，組件可按照最佳傾角布置。缺點(diǎn)為連接節(jié)點(diǎn)多，施工困難，檢修難度較大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。

標(biāo)準(zhǔn)浮箱式漂浮光伏系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)為模塊化，輕量，無(wú)支架連接節(jié)點(diǎn)少，施工方便，工期較短采用耳環(huán)連接，能較好的適應(yīng)水面波動(dòng)的影響。缺點(diǎn)為造價(jià)最高，浮箱連接耳環(huán)是其薄弱環(huán)節(jié)，需經(jīng)過(guò)計(jì)算并采取加強(qiáng)措施，HDPE材料的耐久性需進(jìn)一步提升，組件不能實(shí)現(xiàn)最佳傾角。

HDPE浮箱加支架式漂浮光伏系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)為造價(jià)較低，結(jié)構(gòu)合理，浮箱僅作為浮體，提供浮力，較大的水平力由支架承擔(dān)，構(gòu)造措的提升，更適應(yīng)水面環(huán)境;缺點(diǎn)為連接節(jié)點(diǎn)多，施工難度大，HDPE材料的耐久性需進(jìn)一步提升，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。浮箱加支架形式較標(biāo)準(zhǔn)浮箱形式受力更合理，可有效解決節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度低的問(wèn)題。

高強(qiáng)復(fù)合混凝土浮箱漂浮系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)為浮箱耐久性極高，造價(jià)較低，結(jié)構(gòu)合理，構(gòu)造措的提升，更適應(yīng)水面環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)任意傾角，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)。缺點(diǎn)為浮箱自重大。高強(qiáng)復(fù)合混凝土浮箱加支架形式較標(biāo)準(zhǔn)浮箱形式受力更合理，有效解決浮箱耐久性差、節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度低的問(wèn)題。

2.1.2?電氣設(shè)備漂浮系統(tǒng)

水面漂浮的光伏電站，若水面尺寸較大或塌陷區(qū)內(nèi)，建議采用漂浮式電氣設(shè)備平臺(tái)。漂浮式電氣設(shè)備平臺(tái)可分為浮箱式鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)、預(yù)制混凝土漂浮平臺(tái)等。設(shè)計(jì)設(shè)備漂浮平臺(tái)時(shí)，需計(jì)算最不利工況下的承載力、傾覆力、連接錨固力、吊裝驗(yàn)算等，并考慮其耐久性和經(jīng)濟(jì)性。

2.2?錨固系統(tǒng)

錨固系統(tǒng)可分為配重錨固、專(zhuān)用錨錨固和樁錨固。錨固系統(tǒng)需根據(jù)水文資料及沉陷報(bào)告，設(shè)置相應(yīng)的適應(yīng)水位變化的措施。樁錨固系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)、安全可靠的一種錨固系統(tǒng)。光伏陣列在鳳荷載、水流、波浪等的作用下，產(chǎn)生較大的水平力，配重錨固、專(zhuān)用錨錨固提供的錨固力校小，需要設(shè)置的錨固點(diǎn)數(shù)量較多。采用樁錨固的方式，可以提供更強(qiáng)的錨固力，減少錨固數(shù)量。沉陷區(qū)也能夠采用錨固樁的方式，但是有防水層的水域，不能釆用。

錨固系統(tǒng)是“水面漂浮電站”設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，也是漂浮系統(tǒng)、敷設(shè)系統(tǒng)、接地系統(tǒng)能否可靠工作的關(guān)鍵點(diǎn)。光伏陣列組裝完成后，拖移至合適位置，進(jìn)行初步的定位，待調(diào)整完好后再與錨固系統(tǒng)連接。

普通的混凝土配重錨固方式錨固力較小;專(zhuān)用錨造價(jià)較高;錨固樁錨固的方式，受水深、沉陷情況及施工工期的影響較大。

2.3?敷設(shè)系統(tǒng)

敷設(shè)系統(tǒng)有交、直流電纜敷設(shè)和集電線路敷設(shè)。交、直流電纜敷設(shè)在漂浮系統(tǒng)上能方便施工和檢修;集電線路敷設(shè)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的適應(yīng)水位變化的措施。光伏陣列區(qū)的直流、交流電纜宜通過(guò)浮箱固定，設(shè)置橋架的方式。高壓交流線纜敷設(shè)優(yōu)先釆用浮體上敷設(shè)方式，其次選用水下敷設(shè)方式，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保后期維護(hù)的便利性;線纜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)水位的變化充分考慮線纜長(zhǎng)度的余量;此外還應(yīng)根據(jù)水域的自然環(huán)境來(lái)確定電纜護(hù)套的材料。

2.4?接地系統(tǒng)

水面漂浮電站接地非常重要，根據(jù)不同的水面情況和組件選型等因素綜合確定。水面漂浮部分的接地引下線應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的適應(yīng)水位變化的措施。選取合理的接地裝置。對(duì)保護(hù)接地、工作接地和過(guò)電壓保護(hù)接地采用一個(gè)總的接地網(wǎng)。其接地裝置的接地電阻值要求不大于4Ω。水面漂浮部分的接地引下線應(yīng)設(shè)置適應(yīng)水位變化的措施及預(yù)留冗余。

2.5?開(kāi)關(guān)站或升壓站及送出線路

漂浮電站的環(huán)境多為高溫、高濕，甚至鹽霧環(huán)境。設(shè)備器件失效率高，設(shè)備應(yīng)盡量減少易損件的使用，減少運(yùn)維巡檢困難。設(shè)備選擇IP67防護(hù)等級(jí)。

在水面光伏電站，工作人員在水中作業(yè)，在抑制PID效應(yīng)同時(shí)，需要防止人員觸電風(fēng)險(xiǎn)，保律人生安全。具有殘余電流檢測(cè)RCD及電路切斷功能。

若采用組串式逆變器，無(wú)需單獨(dú)設(shè)置電氣設(shè)備漂浮漂浮平臺(tái)，造價(jià)能降低一部分，組串式逆變器建議采用立式安裝。若采用集中式逆變器，需要與箱變一起設(shè)置單獨(dú)的漂浮平臺(tái)。

3?結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)方案的選擇，直接關(guān)系到工程投資、EPC造價(jià)及商業(yè)運(yùn)行后的日常維護(hù)，也能反應(yīng)電站的安全運(yùn)行及年發(fā)電產(chǎn)量。具體的設(shè)計(jì)方案應(yīng)當(dāng)與投資方的要求及電站廠址的自然環(huán)境相適應(yīng)，不能盲目追求效益最大化而忽視環(huán)境制約影響。

參考文獻(xiàn)：

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[2]蔡偉東，彭康.關(guān)于大型水上光伏電站的技術(shù)探究[J].現(xiàn)代信息科技，2019，（18）.

（作者單位：中國(guó)電建集團(tuán)核電工程有限公司）