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浅谈水面漂浮光伏电站安全—— 一张鸟瞰图引发的思考

最近,一组谷歌地图照片在国外漂浮电站圈中流传,照片是安徽淮南某漂浮电站施工现场的鸟瞰图。

照片显示,建设过程中的电站发生了意外情况,临近的浮岛之间有碰撞,有的浮岛部分被撕裂。虽然没有采访到浮岛建设方,但是经和专家沟通,判断发生这种情况的很有可能是一场大风导致的。

漂浮光伏电站是近年才兴起的一种光伏电站形式,因其不占用宝贵地面、铺设密度高、建设速度快等优点迅速走红,2017年国内漂浮电站的新增建设规模超过350MW。在漂浮电站快速发展的过程中,个别厂家没有深入了解浮筒的选材和生产工艺,产品没有经过长期系统测试,匆忙上马;同时,个别项目过分强调项目周期和并网节点,在浮岛的设计、浮筒选材方面工夫没有做细;会导致项目很快暴露出各种各样的问题,而后期运维也会麻烦不断。

漂浮电站浮岛的设计同样是个系统的工作。漂浮电站的设计需要考虑两个层面的因素:1)全局层面:浮岛整体的设计,既包括浮岛本身的位置、形状和尺寸,也包括浮岛的锚固系统。2)局部层面:浮岛选用的浮筒、固定支撑系统和锚固材料,这些都是构成浮岛的基础“零件”。这两个层面也相互影响和制约,只有在充分了解两个层面的特点后,才能做出合理的设计方案,确保建设的漂浮电站能够在服役期内安全运行。

现就浮岛设计的两个层面之间的关系进行简要剖析。对浮岛的整体设计,通常要达到如下几方面目标:合理利用水面面积,优化电站布线路由,便于运维,减少对水路交通的影响,方便锚固施工、保证的系泊安全等。其中浮岛尺寸,一方面取决于水面浮岛的规划,但另一方面取决于浮岛的风载和浮筒连接耳之间的强度。第一方面容易理解,不再展开。就第二方面略作展开。目前的浮岛锚固度是在浮岛的外围周边布置的,通常锚线上端连接到浮岛外围一圈浮筒上。而浮岛的浮筒上有组件,在有风的情况下,浮岛水面以上部分会受到与风速同向的载荷,为了保持浮岛的位置,锚固系统会来抵抗相应的风载,在这种情况下,浮岛既受到风力作用,又受到锚固系统的作用,浮岛在载荷和锚固反力下受到撕扯,可以想象,浮岛面积越大,风载越大,浮岛受到的撕扯越严重。如果浮岛尺寸过大会导致风载过大,超过了浮岛连接耳承受的上限,就会造成浮岛的撕裂。换句话说,浮岛的尺寸是有上限的。故而,在环境条件确定的情况下,要想增加浮岛的尺寸,必须提高浮筒的整体强度,尤其是浮筒连接耳、连接销的强度,确保浮岛不被撕裂。同时,从锚固系统设计的角度来看,也要增加锚点的个数或单个锚点的强度,确保锚固系统能够承受对应的载荷。

从上面简单的分析可以看出,浮岛的大小、锚固系统和浮筒本身强度等均是相互影响和关联的。在实际系统设计中,除了浮岛本身设计外,锚固系统的设计也是至关重要的,如果设计不当,不能有效承受风载,导致浮岛偏离设计位置,或者锚固系统水平面刚度过小,浮岛在外载荷左右下偏移过大,都很容易发生浮岛之间的碰撞,造成浮筒和组件的破坏。更进一步,锚固系统必须考虑水位的变化,在任何情况下,都不能把浮岛拉坏。如果浮岛所处的环境比较复杂,不光有风,还有水流和波浪的情况,浮岛系统的设计更加要谨慎和周全了。

根据相关资料的统计,影响工程造价的可能性75%―95%都是在工程设计阶段,所以,设计阶段对工程造价的影响是巨大的。要想在后期施工和运维阶段顺利,对于漂浮光伏电站这一新生事物的设计要有敬畏之心。在前期把工作做的扎实一点,对各方面的要求严格一点,对各种可能出现的工况做好充分的技术准备,才能降低浮岛的风险,减少事故的发生。

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