“渔光一体”光伏支架优化方案及运用

“渔光一体”光伏支架优化方案及运用摘要：随着环保要求日趋严厉，清洁能源势在必行，太阳能光伏发电承载着重要的使命，针对光伏行业平价上网的到来，投资建设成本是投资者面临的巨大压力，光伏支架和桩基础占据非光伏组件成本的60%。本文在传统光伏支架基础上进行优化设计，减少支架用钢量、提高桩基的利用率，合理规划用地，缩减土地成本，尤其适用于鱼塘、滩涂、湖泊“渔光一体”项目，提高投资收益率。关键词：渔光一体光伏支架优化设计经济效益引言：保护环境一直是国家倡导方针，太阳能发电是一种清洁能源，因太阳光辐照度高低决定发电量的多少，沿海城市的大面积养殖鱼塘，能将水产养殖和光伏发电产业有机结合，水下养殖，水上发电，达到一产业两联动，从而竖向提高土地的有效利用。由于光照是提高发电量的主要原因，并结合当地电网的消纳情况，综合评估光伏电站的选址会选择在纬度高、光照好的地区。由于国有土地严重稀缺，光伏电站的占地面积广、用地紧张，大部分投资企业会将目标锁定在沿海城市的滩涂水面、养殖水面等。不论是高纬度地区还是沿海地区，使用环境对支架的腐蚀、对支架的运行维护，对支架的安全性、经济性、耐久性都是一种挑战。因此对“渔光一体”光伏支架设计方案及实际运用进行简要的分析。一、传统的支架形式和桩基用量针对光伏项目建设工期紧张、应用场景恶劣、占地面积广、安装工作面大、投资造价高等特点，传统的光伏支架形式已经不能为平价上网的投资收益提供保障。“渔光一体”光伏支架使用环境大部分在高纬度地区或沿海滩涂水面，支架的防腐蚀要求尤其引起重视。传统的支架根据结构形式分为：两排竖铺双抱箍双立柱支架、三排横铺双抱双立柱支架等。光伏行业传统的支架基础：预应力混凝土管桩、微孔灌注桩、钢制螺旋桩等。“渔光一体”常用的支架基础为预应力混凝土管桩，桩基础间距采用连续等跨方案，桩间距一般控制在4m〜4.5m左右，单兆瓦用桩量达到390根，造价相对较高。常用的支架形式为双抱箍双立柱或单抱箍单立柱，单兆瓦用钢量约为45吨~50吨。四川省科技计划项目：基于新型光伏光热技术的离网型能源微网关键技术研究(2019YFSY0003)传统2排双抱箍双立柱形式一传统2排双抱箍单立柱形式二传统3X28支架单元桩间距连续等跨方案二、优化支架形式和提高桩基利用率光伏行业常用的支架基础为预应力混凝土管桩，参考图集《预应力混凝土管桩》10G409管桩，适用于建筑环境类别。在光伏渔光一体项目中，为了加快施工进度，解决水面施工困难，普遍选择使用预应力混凝土管桩，但根据光伏组件和光伏支架自重轻的特点，预应力混凝土管桩的单桩承载能力未充分利用，故经过支架最优用钢量计算、发电量最佳倾角测算、土地利用率的综合评估，采用光伏组件三排竖铺的安装方式、加大桩间距是有效提高桩基利用率的途径。优化方案3排单抱箍单立柱支架形式.£P*晚\"IE曲叫招#传统3X28支架单元桩间距连续不等跨方案三、光伏支架优化设计要点为进一步贯彻通威彻标准支架“安全可靠、技术先进、经济适用、确保质量”的设计原则，在对《NB/T10115-2018光伏支架结构设计规程》、《GB50009-2012建筑结构荷载规范》、《GB51101-2016太阳能发电站支架基础技术规范》、《GB51022-2015门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》、《GB50018-2002冷弯薄壁型钢结构技术规范》等规范深入对比分析，对一些设计要素、设计方法做统一考虑，设计要点归纳如下：光伏支架的结构重要性系数的取值为0.95。光伏支架设计基本风压重现期应满足《NB/T10115光伏支架结构设计规程》4.1.1的规定，其中地基基础取50年，支架可取25年。计算管桩、立柱、斜撑、斜梁受力时，垂直于组件表面的风荷载标准值，应按《GB50009-2012建筑结构荷载规范》式8.1.1-1或《NB/T10115光伏支架结构设计规程》式4.1.2-1计算。其中：风振系数根据《建筑结构荷载规范》2001版做简化计算，结构阻尼比类比于“有填充墙的钢结构”，脉动影响系数按“结构迎风面宽度较大时，可考虑宽度方向风压空间相关性情况”考虑，风振系数最小取值不应低于1.6。体型系数根据《NB/T10115光伏支架结构设计规程》表4.1.3取值，同时应按条文说明表2梯形分布荷载梯形系数验算。阵列中央区风压可结合技术经济分析，可考虑按《NB/T10115光伏支架结构设计规程》表4.1.3注2适当折减。设计檩条时，垂直于组件表面的风荷载标准值，应按《GB50009-2012建筑结构荷载规范》式8.1.1-2计算。风荷载局部体型系数根据《建筑结构荷载规范》2012版表8.3.129项取值后乘以1.25，并按《建筑结构荷载规范》2012版8.3.4条，构件的从属面积折减。一般情况下可认为滨海（湖）1000m范围内为A类地貌，1000m范围外为B类地貌。设计管桩时，管桩应同时验算桩基承载力（标准组合）和桩身承载力（基本组合），验算时须考虑风荷载不均匀分布产生的附加（偏心）弯矩。验算桩基水平承载能力时，应根据《建筑桩基技术规范》附录C进行验算，暂以管桩地面处位移10mm为控制标准。验算桩身承载能力时，桩身最大弯矩可按照地面处弯矩的1.1倍考虑。节点设计的安全冗余宜适当高于构件设计的安全冗余，前后撑及斜梁应力比不应大于0.85，其余构件应力比不应大于0.90。结构计算使用电算软件时，应选择至少两种软件互为校核。支架计算推荐采用PKPM，SAP2000、STAAD等，檩条计算可采用探索者TS-MTS工具（可以设置挑梁，模型更准确），也可采用PKPM钢结构工具箱（外挑部分手工修正）进行复核。应通过设置斜拉条和刚性撑杆组成的桁架结构体系，确保拉条之间的拉结平衡。檩条稳定验算应首先考虑通过构造措施解决，再考虑增大截面型号。檩条搭接节点设计宜上下翼缘及腹板均应设置螺栓。⑪组件安装采用防松螺栓设计，选用不锈钢尼龙防松螺母，边框内侧设置L型垫片，尤其是沿海地区风压较大的情况，防止边框被撕裂，组件被吹飞的情况效果较为明显。⑫拉条设计由原Z字型斜拉条调整为I字型直拉条为，施工提供便利。⑬钢立柱高度不应大于450mm，提高桩基标高利用桩基刚度代替钢立柱。四、工程运用案例及经济效益1、工程概况：广西东兴市江平渔光一体光伏发电项目，土地面积约1400亩，鱼塘现状为单口鱼塘7~8亩/口，合计97口，其他区域为水渠和塘埂。本项目远期计划容量:为100~200MW（现已建成60MW），采用110kV架空线路送出。2、计算要点AHHLh厂村普审尧市CD•X：lr加F6Ct)：/■l：HJT；iiiIX1:址如（4ir）UM.WVft«lEd.49fl-j>i'jiiY-fl)0.T5近代MU,网厅遍010/1121-KWIliIMf--'121?-0面/二距布1：脚比‘；；,序成.^T^jttll-电'.■.'5.®的1，忡4；详鹰H』；#：乐【■i).81虬t狒JMlUAigx，L1|WnZJfl31哄找5应甫BiJ.HL3Ml)/AfiBij风MF<D柯■.，.1.40松舲LAZ版11M日罚.温：4眼厘El1恤IJEItiflmiHF.特构队在比赛tt于•育填史■的琳《T,H41RMB映苗・顿由困攻MW专虑U宜方向.商主村桐女桂的HR/•专世・同强<最・小叱由不冒低于LL顿底内电屣化繇.财1簟E：《让城哒闷件摆履散合础WE*细E曲LE牝百iTfl塾忆偈政IMS好罢2Dr匡露卜mvTiDus-aia1弟L.IJ景，FVH世甘ft/CRnJ*E#^irii^R{曜MM.:El时映E潮-J.EM剧*朋.'TIO]l3-3aiSJ争kLM*・门n|山麻恭1配H|嚣£说部鼻币H叔骼•:"n■.1riiiliM.廿我牝/伯g.12|可H.gh■EJtMltMmCBJ(KHQ-20]2.如H.1.]-].*IhH/1癖，式4.L2-HI■岸.■fil引忤1的mN也苻扯丘渣伯1：H心:i3<ip-」顼1•SD朋5n-rcc»-27ii2.i1；a.LLT.4IftHFT.15肉比功土比圳购役计旬S3All.「】/*・li-Hr*十.•砒「30'H.01•1的也凤成白.荷村板93管"」:;5,L.7Dt^l•-厦折声些•爵7t<MEljMIIVrM：nit：IIV.用恂毗耳此点比于*看埴自毕祖艰时=,■姗株就药B站的面唐网段,可牛由直变枷.毗空HU*忸的柄出/患火,尺程眼膜■网伯卒曾低于]L旭并抠目凿侏里事BhL-J.1寮机：卜ttt£弟尚布临.灯前3M（i9-2CH2妙11Z侦"值。!>1fl-3-11■H折四何的从黑虾阳Ti却，荷裸猊iL&丸矽圳;占j必It戏i.ay39044-2012弟RW*-0>时柑扣皮・A■2敬h怵I.G3f<l£i1.荏筑泪电由尊黑盘JGB59H4-2Q]2^a.].1-2计鼻.

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②桩基础和支架设计采用三排竖铺方式，3排安装的组件更多，容量更大，倾角较小，土地的利用率更高、因光伏组件和支架自重较小，主要影响因素是风荷载控制。经计算测得：有效的提高桩基利用率20%以上，系统成本降低0.1元/W。支架用量减少约10%，系统成本降低0.05元/W，桩基和支架的成本更低。更基用园"-比.淳3：阵羯斌安装方式■|岳-ii£桩基根溢［单阵列｝桩基盘被:司（万元）单瓦傩•1.顷|挪.：.七1；四NX.■-6•.f0.*①采用JUE拍瓶、可桐节性勘容易控制W•.习:两孵克U.：.：!n.■-6-.f0.邮①乘用单左柱性顶亲用:岸接，T施工*求较高：三解立柱.州E竖崩.奶fl19IX19结m宜个性，诂川住.约济怪比&竹:戒印11彩40&5单对E造炉Elr11：^鱼垠商和约15亩为I训为何r小卜；iiii'4£1—■4■'总.用钢量〔吨削材总擀（7T元〉中.1.「n<7CV)『1：•*：.•：.号■1:|_UUSlr1H:,①采用取邮、可邮性爵容易frr-^Eil：i.r^，叮?泌131(Hjx||HK1.1:治'■"，•：；.IE；：i：3Fj~Irl'工薛咬=•三林单立柱IIIM：.<•11)••II.3括宜.，：:m二汨"1：革；：匚日..、：i--.L'I：七：=牛；，二汨•一叩■■-L"：字三排单立柱I：通排剥息箍诚少口-11元叫因大状:;!L迁二个I右E..X大，尤其是"渔光一体T顼目，单个项目均为兆砌，支亲上节灼改本是可观的.2）经济效益：项目建设主要用材综合成本对比。

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