本文摘要：摘要：光伏電站是我國(guó)新能源電站發(fā)展的重要形式，在陸地可用土地越發(fā)緊缺的背景下，漂浮式光伏電站因其能適應(yīng)水深較深、地質(zhì)較差等水域環(huán)境而發(fā)展前景廣闊。漂浮式電站有別于傳統(tǒng)電站之處主要在于水上浮體結(jié)構(gòu)和系泊系統(tǒng)。本文主要對(duì)漂浮式光伏電站的水域環(huán)
摘要：光伏電站是我國(guó)新能源電站發(fā)展的重要形式，在陸地可用土地越發(fā)緊缺的背景下，漂浮式光伏電站因其能適應(yīng)水深較深、地質(zhì)較差等水域環(huán)境而發(fā)展前景廣闊。漂浮式電站有別于傳統(tǒng)電站之處主要在于水上浮體結(jié)構(gòu)和系泊系統(tǒng)。本文主要對(duì)漂浮式光伏電站的水域環(huán)境參數(shù)計(jì)算、水下系泊系統(tǒng)的受力計(jì)算進(jìn)行研究分析，對(duì)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行論述，為工程中漂浮式光伏電站系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用、研究提供借鑒和參考。
關(guān)鍵詞：漂浮式光伏電站;水域參數(shù);系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì);分析計(jì)算
0引言
在全球新一輪能源革命的背景下，光伏電站作為未來新能源應(yīng)用的重要形式，飛速發(fā)展，2018年全球新增光伏裝機(jī)規(guī)模約106GW。光伏電站占地面積相對(duì)較大，在陸上可用土地越發(fā)緊缺的背景下，水上漂浮式光伏發(fā)電站是未來光伏電站發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。漂浮式光伏電站在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上分為兩部分：水上浮體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和系泊系統(tǒng)。系泊系統(tǒng)是保證漂浮浮體陣列在風(fēng)浪流作用下，整體漂浮陣列在平面上位置大致穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu)。常用系泊方法主要有兩種：水上固定和水下固定。水上固定：當(dāng)漂浮光伏陣列距離岸邊較近時(shí)，可采用錨繩將漂浮光伏陣列與岸邊的地錨基礎(chǔ)相固定;水下固定：當(dāng)漂浮光伏陣列距離岸邊較遠(yuǎn)時(shí)，可采用錨繩將漂浮光伏陣列與水底錨塊或錨樁相固定[1]。
水上固定的系泊方式需要滿足特定條件，固定于岸邊施工速度快，受力簡(jiǎn)單，錨繩長(zhǎng)度、受力特性不會(huì)隨水位變動(dòng)、水底情況有大的變化，在滿足前提條件下是優(yōu)先選擇的系泊方案。水下固定錨塊形式系泊系統(tǒng)則優(yōu)缺點(diǎn)鮮明，其優(yōu)點(diǎn)是工程應(yīng)用上實(shí)施方便，施工速度較快;其缺點(diǎn)是實(shí)際受力模型可能出現(xiàn)偏差，錨體沉入水中后，對(duì)于水底土質(zhì)環(huán)境較差的工程，其入水底泥面的角度不一、深度也不一致，較難進(jìn)行理論分析計(jì)算來確保錨塊所提供的錨索拉力是滿足設(shè)計(jì)要求的。本文所分析計(jì)算的是水下固定錨樁形式的系泊系統(tǒng)，通過對(duì)水域環(huán)境要素、各主要外荷載的分析，導(dǎo)出工程上水下固定系泊系統(tǒng)錨繩和錨樁設(shè)計(jì)的相關(guān)要點(diǎn)和分析計(jì)算方法。
1漂浮電站水域環(huán)境分析及設(shè)計(jì)思路
波浪荷載在水面環(huán)境較為惡劣時(shí)候，對(duì)工程的安全、造價(jià)、使用周期起著重要作用，在漂浮式光伏電站工程設(shè)計(jì)應(yīng)用上，常常難以獲取工程設(shè)計(jì)水域的詳實(shí)波浪水文資料，如有義波高、平均波長(zhǎng)、波速等重要水文要素。對(duì)于水上漂浮光伏陣列，采取一定方法評(píng)估出波浪水文要素，并結(jié)合工程實(shí)際環(huán)境對(duì)波浪要素進(jìn)行分析是必要的。工程應(yīng)用上常用基于規(guī)則波的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)漂浮式平臺(tái)所處水域的特點(diǎn)，選用某一種主要特征波的參數(shù)作為基礎(chǔ)(有效波高、波浪周期、水深)，和水上平臺(tái)結(jié)構(gòu)的尺寸代入Morison方程或繞射理論的工程公式，求出作用于結(jié)構(gòu)上的波浪荷載。
這種方法計(jì)算較簡(jiǎn)易，理論發(fā)展較為成熟，現(xiàn)常為水上平臺(tái)工程設(shè)計(jì)采用。對(duì)于漂浮式水上光伏電站，設(shè)計(jì)思路主要為根據(jù)場(chǎng)址風(fēng)壓風(fēng)速、風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度、水深等條件，計(jì)算出主要的波浪要素，然后通過相關(guān)規(guī)范中的工程計(jì)算方法來分析漂浮平臺(tái)所受到的波浪荷載和水流荷載。漂浮式光伏電站的浮體整體尺寸一般較大，一般需要應(yīng)用大尺度繞射理論來計(jì)算波浪力和水流力。
2工程應(yīng)用計(jì)算方法
2.1波浪要素計(jì)算
波浪要素的計(jì)算可參考GB50286-2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)方法[2-3]。實(shí)際工程應(yīng)用中，可通過對(duì)比計(jì)算結(jié)果及工程實(shí)際環(huán)境情況，實(shí)測(cè)波浪數(shù)據(jù)等條件，綜合得出所需采用的水文波浪數(shù)據(jù)。
2.2永久荷載
永久荷載包括光伏組件自重及浮筒結(jié)構(gòu)自重，以及浮筒受到水的浮力。此部分永久荷載為垂直荷載，自重永久荷載與浮筒浮力永久荷載進(jìn)行平衡，不會(huì)通過錨繩傳遞至錨樁基礎(chǔ)上。
3系泊系統(tǒng)監(jiān)測(cè)措施
3.1水位高度監(jiān)測(cè)措施
在系泊系統(tǒng)錨固的漂浮光伏電站中，水位是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。通過監(jiān)測(cè)漂浮電站的水位高程，可以及時(shí)了解項(xiàng)目地實(shí)際水位與設(shè)計(jì)高、低水位的關(guān)系�？稍陧�(xiàng)目區(qū)水位具有代表性的區(qū)域安置液位計(jì)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目區(qū)水位高度變化;通過傳感器回傳水位高度變化信息，后臺(tái)使用PC機(jī)或數(shù)顯表讀取水位高度變化數(shù)據(jù)，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目區(qū)水位變化信息的目的。
3.2水下錨固系統(tǒng)監(jiān)測(cè)
在特殊水域環(huán)境如采煤沉陷區(qū)等地質(zhì)條件下，水上錨固系統(tǒng)可能發(fā)生沉降，如有必要，工程上應(yīng)考慮對(duì)水下的錨固系統(tǒng)進(jìn)行拉力監(jiān)測(cè)。一般先設(shè)定對(duì)應(yīng)沉錨在正常運(yùn)行情況下，錨鏈所受到的拉力數(shù)值F。錨鏈拉力數(shù)值可通過項(xiàng)目區(qū)正常運(yùn)行條件計(jì)算得出。在每個(gè)錨上方選取一根錨鏈安裝拉力傳感器，根據(jù)錨鏈所受拉力范圍進(jìn)行傳感器選型，并對(duì)傳感器進(jìn)行編號(hào)。一旦沉錨位置發(fā)生沉降時(shí)，錨鏈對(duì)支架拉力除正常運(yùn)行狀態(tài)下拉力F外，因還受到錨下沉產(chǎn)生的拉力Fl。拉力傳感器將受到的拉力數(shù)據(jù)回傳給后臺(tái)控制系統(tǒng)，因拉力F+Fl>F，后臺(tái)控制系統(tǒng)提供報(bào)警信號(hào)。通過控制系統(tǒng)顯示報(bào)警傳感器對(duì)應(yīng)編號(hào)，確定發(fā)生沉降的位置。
4結(jié)語
本文根據(jù)漂浮光伏電站平臺(tái)所處的不同水域環(huán)境條件，總結(jié)出了一套可用于漂浮光伏電站系泊系統(tǒng)內(nèi)錨繩選型、拋錨距離控制、樁基選型、漂浮平臺(tái)間距控制等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性計(jì)算方法，指出了一些針對(duì)水上漂浮平臺(tái)設(shè)計(jì)分析的關(guān)鍵要素。在漂浮光伏電站平臺(tái)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，通過適量增大設(shè)計(jì)拋錨距離，可減少錨繩錨鏈與水平面的傾角，從而達(dá)到優(yōu)化錨繩及錨樁選型的目的。同時(shí)，通過對(duì)水平拋錨距離的合理選取，可以確定浮筒方陣的最大漂移距離，優(yōu)化漂浮平臺(tái)水域布置方式，避免漂浮平臺(tái)互相之間發(fā)生碰撞。
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能源方向論文投稿刊物：《太陽能學(xué)報(bào)》(月刊)創(chuàng)刊于1980年，由中國(guó)科協(xié)主管，中國(guó)太陽能學(xué)會(huì)主辦，北京市太陽能研究所承辦，自創(chuàng)刊以來為我國(guó)新能源領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流、人才培養(yǎng)及促進(jìn)科研成果產(chǎn)業(yè)化等方面做出了貢獻(xiàn)。主要報(bào)道我國(guó)太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、氫能、海洋能及地?zé)崮芸茖W(xué)技術(shù)研究成果。登載學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)技術(shù)、技術(shù)札記、簡(jiǎn)報(bào)及綜述性論文�！短柲軐W(xué)報(bào)》編輯嚴(yán)謹(jǐn)，被《EI》收錄比例高。
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