漂浮式水面光伏電站設(shè)計思路及案例分析

漂浮式水面光伏電站設(shè)計思路及案例分析第1頁/共32頁2兩淮水面漂浮電站進展情況一兩淮領(lǐng)跑者水面漂浮項目一覽表序號項目名稱項目所在地沉陷水面面積（畝）建設(shè)規(guī)模（兆瓦）淮北市2601濉溪縣韓村鎮(zhèn)采煤沉陷區(qū)光伏發(fā)電項目濉溪縣40001002濉溪縣南坪鎮(zhèn)采煤沉陷區(qū)光伏發(fā)電項目濉溪縣2500603濉溪縣劉橋鎮(zhèn)采煤沉陷區(qū)光伏發(fā)電項目濉溪縣1300504杜集區(qū)朔里鎮(zhèn)采煤沉陷區(qū)光伏發(fā)電項目杜集區(qū)160050宿州市1705埇橋區(qū)采煤沉陷區(qū)北楊寨水面光伏電站項目埇橋區(qū)1300506埇橋區(qū)采煤沉陷區(qū)祁縣水面光伏電站項目埇橋區(qū)2000507埇橋區(qū)采煤沉陷區(qū)朱仙莊水面光伏電站項目埇橋區(qū)210070亳州市1008蒙城縣許疃鎮(zhèn)采煤沉陷區(qū)水面光伏電站項目蒙城縣160050阜陽市1209潁上縣古城鎮(zhèn)采煤沉陷區(qū)水面光伏電站項目潁上縣8000120淮南市40010鳳臺縣新集鎮(zhèn)國投新集一礦采煤沉陷區(qū)水面光伏電站項目鳳臺縣300010011鳳臺縣顧橋鎮(zhèn)顧橋礦采煤沉陷區(qū)水面光伏電站項目鳳臺縣600015012潘集區(qū)泥河鎮(zhèn)潘一礦采煤沉陷區(qū)水面光伏電站項目潘集區(qū)5000150第2頁/共32頁3兩淮水面漂浮電站進展情況一進展：項目推進困難，大部分項目930實現(xiàn)全額并網(wǎng)基本無望。存在的主要問題：1、前期規(guī)劃設(shè)計中未能詳細落實土地情況，導致項目實施時出現(xiàn)大量地塊調(diào)整。2、項目位于煤礦沉陷區(qū)，絕大部分區(qū)域尚未穩(wěn)沉或沉陷后水深過大/過小，導致工程設(shè)計、施工難度增加，增加了項目成本。3、兩淮項目的升壓站建設(shè)進度快于光伏廠區(qū)建設(shè)進度，光伏廠區(qū)建設(shè)緩慢主要受浮體產(chǎn)能有限、水面清理困難等限制，有的項目浮體供應(yīng)不及時或尚未到場，有的項目阻工嚴重，影響施工進度。4、部分設(shè)計院對于水面漂浮電站的設(shè)計經(jīng)驗不足，導致方案遲遲不能確定，過于保守，施工難度加大，間接影響了施工進度。項目進展情況第3頁/共32頁4水面漂浮光伏電站前期要點二光伏項目選址：是綜合考慮光照、電力送出、設(shè)計、施工、投資、回報等。領(lǐng)跑者項目尤其需要確定漂浮電站的可利用水面的面積及建設(shè)條件。可用于水面光伏電站建設(shè)的土地性質(zhì)未利用地河流湖泊灘涂農(nóng)業(yè)用地坑塘水面養(yǎng)殖水面可調(diào)整養(yǎng)殖水面選址第4頁/共32頁5水面漂浮光伏電站前期要點二前期設(shè)計所需資料：1、廠區(qū)紅線：確定水面范圍，落實水面租賃情況。2、地形圖：場址范圍內(nèi)比例尺不小于1：500的地形圖。測量圖包含地形圖、水面外形圖、水底地形圖、水面標高等。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?shù)睾恿鞣植记闆r及歷年洪水情況、場址處50年一遇最高洪（潮）水位，水位變化情況等。收集場址相連河道水文資料，調(diào)查分析河道各種水源可供水量和取水可靠性，并進行場址水源條件和極端水位分析評估。5、接入系統(tǒng)資料：已取得的接入電力系統(tǒng)設(shè)計及審查批復意見，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目的可行性、經(jīng)濟性和后期能否順利實施的關(guān)鍵前期文件。前期設(shè)計第5頁/共32頁6水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三水面漂浮光伏電站系統(tǒng)構(gòu)成漂浮系統(tǒng)錨固系統(tǒng)設(shè)計需經(jīng)過比選，考慮25年的使用壽命，選擇滿足要求的漂浮系統(tǒng)，并且設(shè)計應(yīng)充分考慮電站運維檢修的便利和成本。配重錨固系統(tǒng)專用錨具錨固系統(tǒng)樁錨固系統(tǒng)敷設(shè)系統(tǒng)接地系統(tǒng)光伏陣列漂浮系統(tǒng)電氣設(shè)備漂浮系統(tǒng)錨固系統(tǒng)需根據(jù)水文資料及沉陷報告，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、安全可靠的一種錨固系統(tǒng)。交、直流電纜敷設(shè)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。光伏陣列接地系統(tǒng)電氣設(shè)備接地系統(tǒng)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。開關(guān)站或升壓站及送出線路第6頁/共32頁7水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三

漂浮系統(tǒng)建設(shè)形式漂浮式（水深＞5m）浮管式浮箱式HDPE浮管+支架薄壁鋼管+管內(nèi)填充物+外防腐涂料+外防腐橡膠+支架HDPE標準浮箱HDPE浮箱+支架高強復合混凝土浮箱+支架不銹鋼管+管內(nèi)填充物+支架不銹鋼浮箱+支架第7頁/共32頁8各種漂浮系統(tǒng)的優(yōu)缺點比較浮管式漂浮光伏系統(tǒng)名稱適用范圍不適用范圍優(yōu)點缺點建設(shè)形式浮管式漂浮光伏系統(tǒng)廣泛適用于水深較深，塌陷區(qū)，具有防滲層的水庫等水域。最低枯水位時，光伏陣列下水深小于0.5m時，不能采用此系統(tǒng)。造價較低，浮管結(jié)構(gòu)受力合理組件可按照最佳傾角布置。連接節(jié)點多，施工困難，檢修難度較大。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三標準浮箱式漂浮光伏系統(tǒng)名稱適用范圍不適用范圍優(yōu)點缺點建設(shè)形式標準浮箱式漂浮光伏系統(tǒng)廣泛適用于水深較深，塌陷區(qū)，具有防滲層的水庫等水域。最低枯水位時，光伏陣列下水深小于0.5m時，不能采用此系統(tǒng)。模塊化，輕量，無支架，連接節(jié)點少，施工方便，工期較短，采用耳環(huán)連接，能較好的適應(yīng)水面波動的影響。造價最高，浮箱連接耳環(huán)是其薄弱環(huán)節(jié)，需經(jīng)過計算并采取加強措施，HDPE材料的耐久性需進一步提升。組件不能實現(xiàn)最佳傾角。第8頁/共32頁HDPE浮箱+支架式漂浮光伏系統(tǒng)名稱適用范圍不適用范圍優(yōu)點缺點建設(shè)形式HDPE浮箱+支架式漂浮光伏系統(tǒng)廣泛適用于水深較深，塌陷區(qū)，具有防滲層的水庫等水域。最低枯水位時，光伏陣列下水深小于0.5m時，不能采用此系統(tǒng)。造價較低，結(jié)構(gòu)合理；浮箱僅作為浮體，提供浮力，較大的水平力由金屬支架承擔。構(gòu)造措施的采用，更適應(yīng)水面環(huán)境。連接節(jié)點多，施工難度較大。HDPE材料的耐久性需進一步的提升。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。備注：浮箱+支架形式較標準浮箱形式受力更合理，可有效解決節(jié)點強度低的問題。但是浮箱+支架形式的漂浮系統(tǒng)設(shè)計過程中需考慮波浪對漂浮系統(tǒng)的影響，合理設(shè)置構(gòu)造連接措施。9水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三各種漂浮系統(tǒng)的優(yōu)缺點比較第9頁/共32頁高強復合混凝土浮箱漂浮系統(tǒng)名稱適用范圍不適用范圍優(yōu)點缺點建設(shè)形式高強復合混凝土浮箱漂浮系統(tǒng)廣泛適用于水深較深，塌陷區(qū)，具有防滲層的水庫等水域。地勢平坦的無水灘涂也適用湖底地勢起伏較大，最低枯水位時，光伏陣列下水深小于0.7m時，不能采用此系統(tǒng)。浮箱耐久性極高，造價較低，結(jié)構(gòu)合理；構(gòu)造措施的采用，更適應(yīng)水面環(huán)境?？蓪崿F(xiàn)任意傾角。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強。浮箱自重大備注：高強復合混凝土浮箱+支架形式較標準浮箱形式受力更合理，有效解決浮箱耐久性差、節(jié)點強度低的問題。該系統(tǒng)設(shè)計過程中考慮波浪對漂浮系統(tǒng)的影響，設(shè)置相應(yīng)構(gòu)造連接措施。10水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三各種漂浮系統(tǒng)的優(yōu)缺點比較第10頁/共32頁11名稱基礎(chǔ)或浮體的每瓦造價（元/w）支架的每瓦造價（元/w）水面光伏陣列基礎(chǔ)及支架的總造價（元/W）水面架高式光伏支架（10m樁長）0.700.301.00浮管式漂浮光伏系統(tǒng)0.800.501.30標準浮箱式漂浮光伏系統(tǒng)1.400.001.40HDPE浮箱+支架式漂浮光伏系統(tǒng)0.850.451.30高強復合混凝土浮箱+支架式漂浮光伏系統(tǒng)0.850.401.25各種漂浮系統(tǒng)的經(jīng)濟性比較水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三第11頁/共32頁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。漂浮式電氣設(shè)備平臺可分為浮箱式鋼結(jié)構(gòu)平臺、預(yù)制混凝土漂浮平臺等。設(shè)計設(shè)備漂浮平臺時，需計算最不利工況下的承載力、傾覆力、連接錨固力、吊裝驗算等，并考慮其耐久性和經(jīng)濟性。水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三電氣設(shè)備漂浮系統(tǒng)的設(shè)計12第12頁/共32頁水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三錨固系統(tǒng)的設(shè)計錨固系統(tǒng)是“水面漂浮電站”設(shè)計的難點，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。錨固系統(tǒng)可分為配重錨固、專用錨錨固和樁錨固光伏陣列組裝完成后，拖移至合適位置，進行初步的定位，待調(diào)整完好后再與錨固系統(tǒng)連接。13光伏陣列在風荷載、水流、波浪等的作用下，產(chǎn)生較大的水平力，配重錨固、專用錨錨固提供的錨固力較小，需要設(shè)置的錨固點數(shù)量較多。采用樁錨固的方式，可以提供更強的錨固力，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，不能采用。第13頁/共32頁水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三錨固系統(tǒng)的設(shè)計普通的混凝土配重錨固方式錨固力較??；專用錨造價較高；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。針對水面漂浮電站錨固系統(tǒng)，我院發(fā)明了一種預(yù)制鋼筋混凝土錨，能夠提供較強的錨固力，造價較低且施工速度快。14第14頁/共32頁光伏陣列區(qū)的直流、交流電纜宜通過浮箱固定，設(shè)置橋架的方式。高壓交流線纜敷設(shè)優(yōu)先采用浮體上敷設(shè)方式，其次選用水下敷設(shè)方式，設(shè)計時應(yīng)確保后期維護的便利性；線纜設(shè)計時應(yīng)根據(jù)水位的變化充分考慮線纜長度的余量；此外還應(yīng)根據(jù)水域的自然環(huán)境來確定電纜護套的材料。水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三敷設(shè)系統(tǒng)的設(shè)計15第15頁/共32頁水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三接地系統(tǒng)的設(shè)計16對保護接地、工作接地和過電壓保護接地采用一個總的接地網(wǎng)。其接地裝置的接地電阻值要求不大于4Ω。水面漂浮電站接地非常重要，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)置適應(yīng)水位變化的措施及預(yù)留冗余。第16頁/共32頁漂浮電站的環(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，減少運維巡檢困難。IP67防護等級在水面光伏電站，工作人員在水中作業(yè)，在抑制PID效應(yīng)同時，需要防止人員觸電風險，保障人生安全。具有殘余電流檢測RCD及電路切斷功能。若采用組串式逆變器，無需單獨設(shè)置電氣設(shè)備漂浮漂浮平臺，造價能降低一部分，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)置單獨的漂浮平臺。建議箱變采用歐式干變。設(shè)備的選型設(shè)計水面漂浮光伏電站設(shè)計要點三17第17頁/共32頁18水面光伏電站漂浮系統(tǒng)的施工水面漂浮光伏電站施工要點四浮管式漂浮光伏系統(tǒng)施工每MW3272根浮管，浮管數(shù)量多，連接桿件及節(jié)點多，施工困難，施工速度慢。施工無需機械設(shè)備，人工搬運安裝，施工時需注意保護好浮管和鋼構(gòu)件的防腐層。第18頁/共32頁19水面光伏電站漂浮系統(tǒng)的施工水面漂浮光伏電站施工要點四標準浮箱式漂浮光伏系統(tǒng)每MW主浮體3740個，走道浮體5781個，浮箱數(shù)量多，節(jié)點多，但施工連接方便，施工速度較快。施工無需機械設(shè)備，人工搬運安裝，施工時需注意保護好浮箱，防止浮箱的破壞。組件的防雷接地連接施工復雜，錨固系統(tǒng)連接點需采取加強處理。第19頁/共32頁20水面光伏電站漂浮系統(tǒng)的施工水面漂浮光伏電站施工要點四HDPE浮箱+支架式漂浮光伏系統(tǒng)每MW需要3652個浮箱，浮箱數(shù)量相對較少，但連接節(jié)點較多，施工速度較慢。施工無需機械設(shè)備，人工搬運安裝，施工時需注意保護好浮箱，防止浮箱的破壞，保護鋼構(gòu)件的防腐層。每個小的發(fā)電單元間的拼接較為困難。第20頁/共32頁21水面光伏電站漂浮系統(tǒng)的施工水面漂浮光伏電站施工要點四高強復合混凝土浮箱+支架式漂浮光伏系統(tǒng)每MW需要340個浮箱，浮箱數(shù)量少，連接節(jié)點少，施工速度快。施工時需機械設(shè)備將浮箱吊入水中，棧橋與浮箱配合岸邊施工，施工方便。浮箱自重大，穩(wěn)定性好，施工人員立于浮箱上安裝。第21頁/共32頁22水面光伏電站漂浮系統(tǒng)的施工水面漂浮光伏電站施工要點四電氣設(shè)備漂浮平臺的施工電氣設(shè)備漂浮平臺的施工，平臺及電氣設(shè)備的自重較大，岸邊水深所限，需根據(jù)現(xiàn)場條件選擇合適噸位和吊裝半徑的起重機械。施工時需注意保護好漂浮平臺，避免出現(xiàn)碰撞及防腐層破壞。第22頁/共32頁水面漂浮光伏電站運維要點五水面光伏電站的運維是否方便，是否存在大量的浮箱更換和修復是重大的問題。漂浮方案確定時要充分考慮。水面架高式光伏電站面臨運維檢修困難的問題。23第23頁/共32頁水面漂浮光伏電站運維要點五漂浮方案確定時要充分考慮浮箱的耐久性，檢修通道的布置及運維船只的通行等系列問題。設(shè)計時需根據(jù)總平面布置設(shè)計運維檢修通道布置圖。24第24頁/共32頁水面漂浮光伏電站運維要點五光伏光伏陣列區(qū)的每一塊組件，每一臺逆變器、匯流箱及電纜均應(yīng)有檢修運維通道到達。25第25頁/共32頁水面漂浮光伏電站運維要點五漂浮系統(tǒng)應(yīng)盡量避免“頭重腳輕”，使運維檢修人員行走和工具運輸能夠比較穩(wěn)定和通暢。26第26頁/共32頁水面漂浮電站設(shè)計案例分享六安徽淮南40MW水面漂浮式光伏電站。

本項目是迄今為止全球裝機容量最大的水面漂浮式光伏電站，也是我公司繼2014