水面光伏电站全面技术解析及一种混凝土浮箱的创新应用

一、水面光伏电站的建设形式

根据水面光伏电站的建设场地条件，可将水面光伏电站分为架高式水面光伏电站、漂浮式水面光伏电站及鱼腹式悬索支架光伏电站三大类。一般情况下，架高式水面光伏电站较漂浮式水面光伏电站的建设成本低，且结构稳定性好，所以，在条件具备的情况下，优先选用建设架高式水面光伏电站。

根据以往设计经验，在最高洪水位时的水深小于5m的水域、稳沉区且无防渗层的水面，可建设架高式水面光伏电站；非稳沉区水域或在最高洪水位时的水深大于5m的水域，可建设漂浮式水面光伏电站；对于中小河流、小型养殖水塘、污水处理厂等场地，可选用能够实现较大跨度的鱼腹式悬索支架形式的光伏电站。

漂浮式水面光伏电站根据其浮体形式的不同又可分为浮管式漂浮电站与浮箱式漂浮电站两类。

二、各种水面光伏电站建设形式的优缺点及适用范围

水面光伏电站的建设形式较多，但每一种建设形式均不能解决所有的项目场景。根据以往设计的项目，总结出各种水面光伏电站建设形式的优缺点及适用范围，供读者参考。

三、HSCC-FB新型zhuanli浮箱漂浮系统

水面漂浮光伏电站中，其它的漂浮系统，业内较为熟悉，重点介绍一下HSCC-FB新型zhuanli浮箱漂浮系统。

HSCC-FB是高强复合混凝土浮箱（High Strength CompositeConcrete-Float Box）的缩写。是河北上能电力有限公司、河北能源工程设计有限公司、建华建材（河北）有限公司的zhuanli技术。HSCC-FB新型zhuanli浮箱漂浮系统应用范围广泛，广泛适用于水深较深、塌陷区、具有防渗层的水库等水域，也适用于水底较平整的低水位水域甚至是无水区域。

（一）HSCC-FB新型zhuanli浮箱的特点

1、浮箱采用高强钢筋混凝土和复合漂浮材料组合制作而成，充分发挥两者的优势。

（1）混凝土：

采用高强C50混凝土，具有较强的耐久性。

浮箱采用低温蒸汽养护，保证较高的混凝土强度。

浮箱制作采用工厂预制，保证浮箱整体质量和生产效率。

无水体污染问题。

（2）复合漂浮材料：

复合漂浮材料在建筑行业广泛应用，具有很强的耐久性。

采用工厂制作，保证浮箱质量和浮力均匀。

2、本浮箱整体结构为“实心结构”，与国内主流浮体的“空心结构”不同，浮箱安全性高。

3、我国均有高强混凝土和复合漂浮材料的现行相关规程规范，为浮箱质量提供保障。

4、自重较大，外力对浮箱影响小，结构稳定性高。

（二）HSCC-FB新型zhuanli浮箱漂浮系统的特点

1、每兆瓦发电方阵仅需340个浮箱。每兆瓦的混凝土用量与12m长管桩的混凝土用量相当。

2、漂浮系统采用浮箱+支架的结构形式

（1）浮箱仅作为浮体，提供浮力，较大的水平力由金属支架承担，受力明确合理。

（2）每两个浮箱与上部支架形成小的发电单元，每个小的发电单元之间设置构造连接措施，能够适应波浪的作用。

（3）每个小的发电单元间，设置独立的支架系统，防止组件的隐裂。

（4）各个构件的受力和变形均通过软件模拟计算。

3、HSCC-FB浮箱漂浮系统均采用特殊的连接节点与周圈锚固，承载力更高，更安全可靠。

4、HSCC-FB浮箱漂浮系统可按照任意组件倾角设计，也可与跟踪系统配合使用。

5、浮箱自重较大，施工时需施工机械吊装下水，支架系统安装难度与地面电站相当。

6、浮箱支架连接形成检修走道，每块组件均有走道到达，检修方便，漂浮系统平稳可靠。

7、组件最底点距离水面400mm以上，减少了水对组件的影响，并且支架系统可与双面发电组件完美结合。

（三）水面漂浮电站设计院需要注意的一些设计内容

水面光伏电站的设计，除了普通电站的有关设计内容外，尚应考虑：

浮体整体浮力计算及局部浮力计算；

上部支架系统计算；

风荷载、水流力、波浪力等计算；

定泊系统锚系的计算；

锚固系统的连接设计及构造措施；

浮体局部受力计算；

浮体连接螺栓及连接节点计算等；

设计需考虑适应水面波动变形的构造措施及整个漂浮系统的稳定性；

箱、逆变漂浮平台、升压站漂浮平台的设计；

厂区防雷接地，电缆敷设以及放置检修通道的规划等；

光伏组件、逆变器、箱变等电气设备的选型要适应水面建设场景的要求。

四、鱼腹式钢索柔性支架zhuanli技术

鱼腹式钢索柔性支架”体系与传统钢架结构相比，具有用钢量少、承重强、工期短的明显优势。本项技术是河北上能电力有限公司、河北能源工程设计有限公司与领迅科技（北京）有限公司的zhuanli技术。

用钢量少、承重强、成本低、工期短：相同高度和跨度的情况下，与传统钢架结构或网架结构相比，用钢量减少40%以上，在保证项目收益率的基础之上，度电成本可降低30%以上，工期缩短了35%以上。

稳定性好、挠度小、隐裂少：完美解决了传统柔性支架结构稳定性差，钢索挠度大，隐裂较为严重的问题。

通过设置鱼腹式钢索，实现大跨度空间；鱼腹式结构既能抵抗风压力的作用，也能抵抗风吸力的作用；鱼腹式钢索上设置撑杆和固定组件的钢索，减小了组件钢索的跨度，并且施加一部分预应力，减少钢索挠度；设置了上下两道稳定钢索，保证鱼腹式钢索平面外的稳定。

采取连接构造措施，进一步减少组件隐裂：组件与固定组件的钢索间设置允许转动的连接件，并且能够限制组件的横向位移，从而消除钢索产生的扭矩传给组件，避免产生隐裂。

根据不同的应用场景，采取相应的防腐措施：对于污水处理厂等腐蚀较严重的场地，采用不锈钢螺栓+加厚热浸锌+余量设计法，解决支架及钢索易腐蚀难题。

检修更方便：与传统柔性支架结构相比，因为设置了检修钢索，检修更方便。

环境友好、美观、和谐、更加艺术：鱼腹式钢索技术多用于机场、高铁站等大型公共建筑外墙的幕墙上，将该技术应用于光伏电站为国内首创。鱼腹式钢索支架优美的建筑结构形式，使光伏电站更具空间感，更加环境友好、更加美观、更加和谐、更加艺术。

对于大跨度、施工难度大、造价高、高空间等特点的光伏电站建设场地，可采用创新型“鱼腹式钢索柔性支架”的形式建设，利用“鱼腹式钢索柔性支架”技术可以提供整体解决方案。可有效解决了利用大跨度空间建设光伏电站的难题，突破大跨度、高空间环境下光伏组件容易出现隐裂等难点。

采用鱼腹式钢索柔性支架，不占用额外土地，不影响下部空间的正常生产运营。鱼腹式钢索支架可实现跨度100m内的大跨度应用场地，比较经济的跨度为30~50m。

五、各种水面光伏电站基础支架系统的造价比较

上面对各种水面电站建设形式的适用范围、优点、缺点等进行了简要分析，不同的系统形式适用不同的建设场景，对于同一个光伏项目的不同区域，也会存在不同的设计方案，需要设计院根据实际的条件，经过技术经济比选确定合理的设计方案。下面简要比较一下各种水面光伏电站基础（浮箱）支架系统的造价。

六、影响水面光伏电站建设质量和进度的主要因素

●前期手续的完备情况及接入系统的批复情况是项目能否按期完成的先决条件。

●设计院的技术水平和服务能力决定项目质量和经济性的关键因素。

●施工单位的技术水平和组织管理是项目高质量按期完成的主力军。

●设备订货、制造、混凝土养护及有些设备的产能等等是绕不开的硬性工期，是施工组织管理中的关键工作。

以水面架高式光伏支架与鱼腹式悬索柔性支架；标准浮箱式漂浮光伏系统与HSCC-FB浮箱+支架式漂浮光伏系统为例，比较其施工工期特点。

水面光伏电站能否实现技术先进、安全可靠、经济合理，设计方案的比选和确定尤其关键，根据以往设计经验，提出对于水面光伏电站设计的几点建议：

●工期和项目条件允许的情况下，能采用管桩架高支架系统的电站，优先采用。

●水面漂浮光伏系统要考虑整体的受力分析和25年的使用年限，应选择满足要求的漂浮系统。

●水面光伏电站设计时应充分考虑电站运维检修的便利和成本。

●水面漂浮电站应设置可靠的防雷接地，足够适应水位变化的电缆敷设系统和锚固系统。