2024漂浮式光伏电站方阵载荷计算

218174，一步发展，传统陆上光伏电站要占用巨大土地面的优势受到重视[2]。水面漂浮光伏电站可以安装在张的问题[3]。我国拥有广阔的近海区域及丰富的湖泊、水库等资源，具有发展水上光伏的天然优势。水上光伏以其固定形式分为固定式及漂浮式两种。徽省淮南市建成全球第一个单体容量达到40MW的漂浮光伏电站——潘阳光伏40MW水面光伏发电项

1Fig.1Floatingphotovoltaicpower一般而言，风载荷是光伏电站的主要环境载值模拟对光伏板风载荷系数群体遮蔽效应进行了角下电池板表面不同分布分块区域的净载荷体形系数。ShademanHangan[9]采用数值模拟的方法遮蔽效应。Bitsuamlak等[10]采用大涡模拟方法研究CFD数值模拟是研究光伏板风载方阵整体的风浪流等环境载荷是系泊设计必不可40MW水面光伏发电项目170m170m的漂浮方阵为研究对象进行环境载CFD方法[11]计算漂浮方阵风载荷。2.5D的计算策略提高计算加实尺度方阵建模难度并且需要相当多的网格单CFD计CFD计算的精度。两种2所示。CFD

4。入口边界条件为速度入口，出口为realizablek-ε模型[12]，壁面处采用非平SIMPLE(a)精细模型 (b)简化模型图2主浮体精细模型与简化模型对比Fig.2Comparisonbetweenthedetailedmodelandthesimplifiedmodelofthemainfloatingbody3Fig.3Computationaldomainofsingle4Fig.4Singlesimplified成按式(1)Cf形式进行6m3.5m与风洞试验条件一致。采用旋转模

Cf

式中各量均采用国际单位制，其中：FIN是水平方于从模型到实体换算得到载荷时在面积方面仅和缩尺比有关，故将特征面积取为，换算成实体时乘以缩尺比的平方即可v/(/s)浪、流三种环境载荷系数均采用此计算方式。简化模型计算在不同风向角下的受力规律与精细5Fig.5WindloadcoefficientsofthesingleCFD计算的准确性，进行了单体简化1∶2的缩尺1，模型示意图及试验6所示。1Table1Basicdimensionsofthe长宽短边高长边高6Fig.6Singlesimplified

该单体模型在上海交通大学多功能风洞]中进行试验，试验风速9/s。考虑到对称性，在0°~805°10~30区间设5。对比试验结果与简化模型计CFD模拟该类型流场的准确CFD工作提供了基础支持。7侧(北侧)副浮体相比右侧缺少了与主浮体相邻的部008。7Fig.7Schematicofa4800万。主浮体与副浮体凹凸不平的表面在5mm。8Fig.8Computationaldomainof15m/s，背风面设为压力出口。考虑到方阵东西方算。其中0为北风，90为西风，180为南风，以99Fig.9Windload

整体风载荷曲线基本呈现出沿90对称的形状，90风向角下风载荷最小。0与180风载荷远90，0180，且为各风向下最大值，伏板所受风载荷按风向角的变化规律与整体风载荷规律一致；主浮体与副浮体风载荷随风向角变化规律不大。0风载荷最小。除90附近的其他风向角下，光伏板贡献了大部分风载荷，为主要受风构件。2.5D3D简略计算可以得到不同风向图10为北风时方阵中风载荷分布云图，从10可以直观感受到风载荷由迎风位置到末端的11所示。列风载荷分布曲线基100Fig.10Windloaddistributionat0°incident2.5D计算的方法，即针对南北向一列基本单9811也反映出中间位置的列载荷均匀一致，理论2.5D3D计算中中间位置一列110Fig.11Columnwindloaddistributionat0°incident2.5D2.5D3D的计算对比，两个计算的网格密度与计算设置完全一致，从而排除了由于网格差异与计算方法不同而产生25D8123D492.5D的结果，两条曲线的2.5D3D计算的可行性。2.5D计算可以采用较精细的网格，提高风载荷的122.5D3DFig.12Comparisonbetween2.5Dand3D本研究对漂浮式光伏方阵的风载荷进行了风CFD

块(太阳能板及主浮体)的1∶6缩尺模型方阵的风洞CFD计算进行对比，可以验2.5D计算提供计算设置及网格18行(18行)11列(从西向东列编1~11)13所示。试验中用测力天平对1186测量。试验风速为15m/s，测量了该方阵模型在0~18022.59个方向角下的各选定单元13Fig.13TestmodelCFD计算。170014所示，计算域主体部分与风洞试14Fig.14Computationaldomainoftestk-ε度压力耦合采用SIMPLE计算完成后提取试验测试位置的浮体与光伏板模型的受力，与试验值进行对比，绘制曲线如15。15Fig.15Comparisonbetweencomputedresultsandmeasureddataofmodelarray导致流场中钝体所受摩擦阻力及压差阻力情况均DES方法或许可以得到较好的局部结果。

映的方阵载荷沿东西向的分布与初步计算的结果尽管在某些局部位置计算值与试验值有一定0.05160.05394.4%的 2.5D计算结果修正漂浮方阵风载荷采用与上述试验工况计算一致的数值求解方2.5D工况进行高精度计算。阵简略计算得到的中间第50列风载荷系数9.3860.54717mm50mm1616Fig.16Unitmodel计算区域中浮体方阵四周计算域各向外扩张600m2233.696列列流载荷分布规律表间部分略微降低。行流载荷分布总体上可分为两20行组成流载荷下降段，下降段之后流载170°Fig.17Columnloaddistributionat0°incident180°Fig.18Rowloaddistributionat0°incident图19为以各单元编号坐标及对应流载荷大小2.5D计算结果。可见，2.5D计算结果可以较准确地预报0°流向角190°2.5D计算结果对比Fig.19Distributionofcurrentloadsof3Dcomputationandcomparisonwith2.5Dcomputedresults

00.183m/s、0.5m/s、1m/s、1.5m/s2.5D南北一列单元流载荷系数进行计算，2。22.5DTable22.5Dcurrentloadcoefficientatvariouscurrentspeeds流速2.5D 不同流速下的2.5D流载荷系数变化基本平稳，仅在0.183m/s的低流速下受到摩擦阻力特性流速大于0.5m/s即可认为流载荷与流速平方成正SESAM对漂浮方阵波浪载荷位波幅规则波作用下漂浮方阵的波浪载荷随行列50年一遇的极端条件下漂xyz向内方向必须通过系泊系统的锚链提供的锚力来限制方阵的位移。漂浮方阵水平方向内所受的波浪z轴的力矩会使漂浮方阵FxFy以及波浪力矩Mz进行计算及分析研究，其中波浪力矩Mz参考鄱阳湖历年风浪统计[15]，选取的波浪周T1.5s~5.2s(圆频率1.2rad/s~4.2rad/s)6m0°45°90°。Fx20。20Fig.20Studyongrid203867976767在波浪的周期范围内计算在单位波幅条件下6、8、10、12、14、1618时，方阵所受最大波21。同样，研究漂浮方阵所32，22。21Fig.21Waveloadsasthenumberof21可知，随着行数的增加，整体方阵所21kN

22可知，整体22Fig.22Waveloadsasthenumberof36万个面网格，软件网格总数限1.52520的方阵，由上述研究的波浪载荷随行列的变化规律可n541，12096方阵在单位波幅条件下所受的波浪载荷：根据54、108、1512、2016、2520120×96方阵所受的波浪载荷。02390时，2445时，波浪载荷计算252627。230°Fig.23ComputedFxin0°wave2490°Fig.24ComputedFyin90°wave2545°Fig.25ComputedFxin45°wave

23~27120963。3Table3Waveloadsonthefloatingarrayatincidentwavewithunitamplitude045z轴的旋转力矩。 5050意义的两个波高分别为有义波高H1/3和最大波高H1/10的关系[17]：

gF 1/355.5103 2645°Fig.26ComputedFyin45°wave

U U2 gh

gF0.35tanh30U2 U2

2745°Fig.27ComputedMzin45°wave

式中：g为重力加速度；U为风速；Fh50年一遇时，漂浮方阵所在湖泊的最大设计风速U=30m/s，相当于11级风力[19，在鄱阳湖环境条件下风区长度F=38000mh=6m，由式(2)和式(3)可得H1/3=1.62mH1/10=2.06m。50年一遇极限条件下4。4Table4Waveloadsonthefloatingarrayundertheextremeconditions 浪 法依然有效；波浪载荷计算的主要参数之一是波高，其值由内湖风生波经验公式计算，对其他情针对漂浮式光伏电站方阵庞大而复杂的特点，28证。首先，对单体光伏板+浮体模型进行数值计算DD计算，得到整体风载荷25D25D进而获得较为准确的整体方阵风载荷。流载荷与风