本文摘要：摘要：光伏電站是我國新能源電站發展的重要形式，在陸地可用土地越發緊缺的背景下，漂浮式光伏電站因其能適應水深較深、地質較差等水域環境而發展前景廣闊。漂浮式電站有別于傳統電站之處主要在于水上浮體結構和系泊系統。本文主要對漂浮式光伏電站的水域環
摘要：光伏電站是我國新能源電站發展的重要形式，在陸地可用土地越發緊缺的背景下，漂浮式光伏電站因其能適應水深較深、地質較差等水域環境而發展前景廣闊。漂浮式電站有別于傳統電站之處主要在于水上浮體結構和系泊系統。本文主要對漂浮式光伏電站的水域環境參數計算、水下系泊系統的受力計算進行研究分析，對系泊系統設計應用中的關鍵點進行論述，為工程中漂浮式光伏電站系泊系統設計、應用、研究提供借鑒和參考。
關鍵詞：漂浮式光伏電站;水域參數;系泊系統設計;分析計算
0引言
在全球新一輪能源革命的背景下，光伏電站作為未來新能源應用的重要形式，飛速發展，2018年全球新增光伏裝機規模約106GW。光伏電站占地面積相對較大，在陸上可用土地越發緊缺的背景下，水上漂浮式光伏發電站是未來光伏電站發展的重點方向之一。漂浮式光伏電站在結構系統上分為兩部分：水上浮體結構系統和系泊系統。系泊系統是保證漂浮浮體陣列在風浪流作用下，整體漂浮陣列在平面上位置大致穩定的重要結構。常用系泊方法主要有兩種：水上固定和水下固定。水上固定：當漂浮光伏陣列距離岸邊較近時，可采用錨繩將漂浮光伏陣列與岸邊的地錨基礎相固定;水下固定：當漂浮光伏陣列距離岸邊較遠時，可采用錨繩將漂浮光伏陣列與水底錨塊或錨樁相固定[1]。
水上固定的系泊方式需要滿足特定條件，固定于岸邊施工速度快，受力簡單，錨繩長度、受力特性不會隨水位變動、水底情況有大的變化，在滿足前提條件下是優先選擇的系泊方案。水下固定錨塊形式系泊系統則優缺點鮮明，其優點是工程應用上實施方便，施工速度較快;其缺點是實際受力模型可能出現偏差，錨體沉入水中后，對于水底土質環境較差的工程，其入水底泥面的角度不一、深度也不一致，較難進行理論分析計算來確保錨塊所提供的錨索拉力是滿足設計要求的。本文所分析計算的是水下固定錨樁形式的系泊系統，通過對水域環境要素、各主要外荷載的分析，導出工程上水下固定系泊系統錨繩和錨樁設計的相關要點和分析計算方法。
1漂浮電站水域環境分析及設計思路
波浪荷載在水面環境較為惡劣時候，對工程的安全、造價、使用周期起著重要作用，在漂浮式光伏電站工程設計應用上，常常難以獲取工程設計水域的詳實波浪水文資料，如有義波高、平均波長、波速等重要水文要素。對于水上漂浮光伏陣列，采取一定方法評估出波浪水文要素，并結合工程實際環境對波浪要素進行分析是必要的。工程應用上常用基于規則波的設計方法，根據漂浮式平臺所處水域的特點，選用某一種主要特征波的參數作為基礎(有效波高、波浪周期、水深)，和水上平臺結構的尺寸代入Morison方程或繞射理論的工程公式，求出作用于結構上的波浪荷載。
這種方法計算較簡易，理論發展較為成熟，現常為水上平臺工程設計采用。對于漂浮式水上光伏電站，設計思路主要為根據場址風壓風速、風區長度、水深等條件，計算出主要的波浪要素，然后通過相關規范中的工程計算方法來分析漂浮平臺所受到的波浪荷載和水流荷載。漂浮式光伏電站的浮體整體尺寸一般較大，一般需要應用大尺度繞射理論來計算波浪力和水流力。
2工程應用計算方法
2.1波浪要素計算
波浪要素的計算可參考GB50286-2013《堤防工程設計規范》、SL274-2001《碾壓式土石壩設計規范》中的相關經驗方法[2-3]。實際工程應用中，可通過對比計算結果及工程實際環境情況，實測波浪數據等條件，綜合得出所需采用的水文波浪數據。
2.2永久荷載
永久荷載包括光伏組件自重及浮筒結構自重，以及浮筒受到水的浮力。此部分永久荷載為垂直荷載，自重永久荷載與浮筒浮力永久荷載進行平衡，不會通過錨繩傳遞至錨樁基礎上。
3系泊系統監測措施
3.1水位高度監測措施
在系泊系統錨固的漂浮光伏電站中，水位是重要的設計參數。通過監測漂浮電站的水位高程，可以及時了解項目地實際水位與設計高、低水位的關系�？稍陧椖繀^水位具有代表性的區域安置液位計，以實時監測項目區水位高度變化;通過傳感器回傳水位高度變化信息，后臺使用PC機或數顯表讀取水位高度變化數據，以達到實時監測項目區水位變化信息的目的。
3.2水下錨固系統監測
在特殊水域環境如采煤沉陷區等地質條件下，水上錨固系統可能發生沉降，如有必要，工程上應考慮對水下的錨固系統進行拉力監測。一般先設定對應沉錨在正常運行情況下，錨鏈所受到的拉力數值F。錨鏈拉力數值可通過項目區正常運行條件計算得出。在每個錨上方選取一根錨鏈安裝拉力傳感器，根據錨鏈所受拉力范圍進行傳感器選型，并對傳感器進行編號。一旦沉錨位置發生沉降時，錨鏈對支架拉力除正常運行狀態下拉力F外，因還受到錨下沉產生的拉力Fl。拉力傳感器將受到的拉力數據回傳給后臺控制系統，因拉力F+Fl>F，后臺控制系統提供報警信號。通過控制系統顯示報警傳感器對應編號，確定發生沉降的位置。
4結語
本文根據漂浮光伏電站平臺所處的不同水域環境條件，總結出了一套可用于漂浮光伏電站系泊系統內錨繩選型、拋錨距離控制、樁基選型、漂浮平臺間距控制等關鍵參數設計的系統性計算方法，指出了一些針對水上漂浮平臺設計分析的關鍵要素。在漂浮光伏電站平臺工程設計實踐中，通過適量增大設計拋錨距離，可減少錨繩錨鏈與水平面的傾角，從而達到優化錨繩及錨樁選型的目的。同時，通過對水平拋錨距離的合理選取，可以確定浮筒方陣的最大漂移距離，優化漂浮平臺水域布置方式，避免漂浮平臺互相之間發生碰撞。
參考文獻：
[1]孫杰.水上光伏電站應用技術與解決方案[J]，太陽能，2017(6)：34.
[2]住建部，質檢總局.堤防工程設計規范：GB50286-2013[S].北京：中國計劃出版社，2014.
[3]水利部.碾壓式土石壩設計規范：SL274-2001[S].北京：中國水利水電出版社，2002.
[4]交通運輸部.港口工程結構可靠性設計統一標準：GB50158-2010[S].北京：中國計劃出版社，2010.
[5]住建部.建筑結構荷載規范：GB50009-2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.
能源方向論文投稿刊物：《太陽能學報》(月刊)創刊于1980年，由中國科協主管，中國太陽能學會主辦，北京市太陽能研究所承辦，自創刊以來為我國新能源領域的學術交流、人才培養及促進科研成果產業化等方面做出了貢獻。主要報道我國太陽能、生物質能、風能、氫能、海洋能及地熱能科學技術研究成果。登載學術論文、研究報告、實驗儀器和實驗技術、技術札記、簡報及綜述性論文�！短柲軐W報》編輯嚴謹，被《EI》收錄比例高。
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