来源:钢结构
本文转载自 公众号建筑时报 渤海湾的波涛之上,一场关于光电与海的交响曲正在奏响。 山东垦利100万千瓦海上光伏项目,作为全球首个百万千瓦级海上光伏项目 ,首批发电单元已于2024年11月正式并网发电。该项目由中国电建集团华东勘测设计研究院(以下简称华东院)设计,近日,
“相比陆地,海上光伏面临更大的风荷载、波浪海流以及浮冰等挑战,设计必须从一开始就考虑这些因素。”
从照片上看,海上光伏主要由光伏板、钢桁架支架平台以及桩基组装连接而成。设计选择在码头完成支架的组装和光伏板的安装,再整体吊装至海上、落在桩基上。这一改变,将复杂的海上作业简化为高效的“模块化”拼图。
桩基选型上,钢管桩取代了传统的混凝土桩。吕国儿解释,同直径下,钢管桩的抗弯性能比混凝土桩更高,所需数量更少,便于光伏上下部结构海上吊装对接施工。同时,由于冬季冰情严重,水位反复变动,混凝土桩在冻融环境下容易产生裂缝和表面剥落。此外,试桩发现,由于土质原因,混凝土桩打桩比较困难,而钢管桩由于孔洞率大,打桩阻力小,更容易到达预定的设计深度。上部平台和下部桩基之间还设有斜撑构件,减少了平台的跨度,增强了稳定性,降低了用钢量。经过综合对比分析,用钢量减少20%至30%。
在该项目中,设计团队还将箱变平台挪到了大平台上,实现功能共用;平台钢桁架上设置相应支吊架,代替桥架铺设电缆,节省了工程量。
在荷载计算上,由于场区里分布着将近3000个平台,靠近外缘的平台和内部的平台所受到的风荷载不一样。内部平台因受外部平台的遮挡,风荷载相对小些。设计团队认为,陆上规范中风荷载的折减系数0.85偏保守,不利于整个项目的设计优化,于是通过相关科研院校做了风洞试验,取得了合适的折减系数。浮冰荷载也作了类似的内外受力差别的分析。
海上光伏项目由于探索前沿,超脱于现有规范,对设计来说,面临许多“首次”。 华东院团队也在摸索中不断寻找最优的解决方案,并为着手推动将经验转化为国家和行业标准不断努力。
“钢结构焊接和组件安装过程也非易事。”
一个光伏平台尺度为35米×60米,共要建设3000个光伏平台。 吕国儿回忆,由于平台大、数量多,建设初期,从组织大量的工人上工到磨合加快进度就有数月。七八百块光伏板安装到大平台上时,每块板要通过四个螺栓拧紧在长达60米的檩条孔洞上,这需要檩条的开孔位置非常精准。吕国儿说,刚开始,由于安装精度的误差,效率始终提不上来。后来,将檩条改短,分成小段施工,再连起来,并将螺栓开孔改为长腰型,双管齐下,最终解决了安装偏差问题。
该项目还首次在海上光伏中应用了66千伏“海缆+陆缆”长距离输电技术 ,让电力在海洋与陆地之间畅通无阻。吕国儿表示,陆地上光伏常规的电缆等级基本在66千伏以下,而该项目首次在海上光伏中使用66KV海缆,这样电缆输送容量更大,根数要求更少,大幅减少了用海面积和降低了建设成本。
华东院此前在海上风电数字化建设上积累了比较成熟的经验,此次也将该经验植入了海上光伏项目中。 项目团队依托BIM+GIS技术,打造了国内首个全场景海上光伏数字孪生电站,如同为这片“光伏森林”装上了智慧的“眼睛”。无人化监控运维、落水救援定位、气象监测……将助力海上光伏电站建设运维的全面、实时、精准管理。
采访尾声,吕国儿感慨,由于没有先例可考,设计方案刚提出来的时候,遇到了来自各方的质疑,最大的问题就是经济性和可行性。 “但我们顶住了压力,将问题一一梳理,将解决方案一一摆出,还请公司里的老专家坐镇指导,从减少工程量的角度极尽优化手段,才有了现在的推进成果。 ”吕国儿也表示, 海上光伏的未来,需要产业链的协同共进,需要每一个环节的提质增效 。
山东垦利海上光伏项目,对于推动区域能源结构的优化、集约节约利用浅海资源具有重要意义, 为我国乃至世界海上光伏产业规模化发展起到了引领和示范作用 。从2024年7月开工至今,项目已完成将近六百个平台建设,预计将在2025年内全容量并网发电。建成投产后,预计年发电量可达17.8亿千瓦时,大约能满足267万普通中国城镇居民一年的用电量,有效节约标准煤50.38万吨,减少二氧化碳排放134.47万吨。