复杂地形条件下光伏柔性支架运用分析.pdf
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1、1182024年1月下 第02期 总第422期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science&Technology Overview0 引言多年来,我国增加了对光伏项目的投入,长期的项目实施中形成了相对完善的技术体系。为突显光伏项目的经济、社会优势,在建设光伏电站时有关人员需合理布置支架,但传统的光伏电站一般位于坡度缓且朝向好的地段,固定支架完全满足需求。现阶段,很多光伏电站都位于相对复杂且恶劣的地形条件,必须利用柔性支架发挥作用。相关人员在具体的工作中必须结合光伏电站建设要求、现场地形条件,遵循柔性支架布置要求,加强安装管理,避免支架问题影响光伏发电效率。1 光伏组件柔性支架技术原
2、理及方案设计1.1 技术原理支架是光伏电站中不可或缺的部分。现阶段,很多光伏电站均为柔性支架,即在两固定点之间采用张拉预应力钢绞线的方式,两固定点之间由刚性基础提供反力,二者的间距在 10 30m 之间。柔性支架结构具有特殊性,即使面临较大起伏的山势,其应用效果也相对理想,具体操作中,相关人员仅需在恰当的位置设置基础点,并张拉预应力钢绞线即可1。一些光伏电站项目位于较深的鱼塘,此条件下柔性支架可在保持原有水位的前提下发挥作用。施工建设过程中,钢绞线为支架体系的重点,为发挥其作用,相关人员必须展开一系列分析与计算,考虑其自重条件以及风压、雪压不同荷载组合的各种情况。传统支架有刚性变形要求,但柔性
3、支架无这一方面的严格规定,在大跨度条件下相对适用。1.2 基础设计方案柔性支架是在传统支架基础上进行改进的支架形式,将原先刚性支架中的檩条替换为钢绞线,由钢绞线提供一定的预应力,安装结束后在不同的工况条件下钢绞线存在变形现象,属于大跨度支架,能满足复杂地形条件的需求。在支架中存在钢绞线张拉预应力,柱顶存在水平拉力,基础底部弯矩异常。因此,在具体的设计中有关人员需在柱顶用斜拉或者支撑的方式平衡预应力水平,以达到柱底抗倾覆标准。结合柔性支架的结构形式、受力特征,一般可采用图 1、图 2 两种基础形式。图1 基础方案a斜撑柱基础示意图端柱基础示意图图2基础方案b基础方案如图 1、图 2 所示,基础方
4、案 a 为两个基础,分别为钢立柱基础与斜拉索基础,这两个基础在结构体系中的作用不同。钢立柱基础提供了柔性支架竖向力的反力,而斜拉索基础承担了钢绞线水平线、向上拉力与向右拉力。基础方案 b 同样为两个基础,分别为钢立柱基础与斜撑柱基础,钢立柱基础在柔性支架的作用与 a 中的钢立柱基础一样,而斜撑柱基础承担钢绞线拉力、钢绞线对斜撑柱基础的向下压力、向右推力2。2 项目概况以某 40MW 光伏发电项目为例,建设主管部门明确收稿日期:2023-06-15作者简介:高原(1979),女,贵州贵阳人,高级工程师,研究方向:工业与民用建筑。复杂地形条件下光伏柔性支架运用分析高原易金刚(中国电建集团贵州电力设
5、计研究院有限公司,贵州贵阳 550081)摘要:电力需求增长的过程中,光伏发电这一全新的方式走入人们的视野并受到广泛关注。因为光伏发电实现了太阳能向电能的转化,具有清洁性、经济性优势,未来有较大的发展潜力。目前,许多光伏电站都建在复杂地形条件下,传统固定支架布置受到了严重干扰,为克服不利地形影响,柔性支架受到了较大关注,其特殊结构决定了其在复杂地形中具有适用性。基于此,以某光伏项目为例,分析复杂地形条件下光伏柔性支架的具体应用,以期为实际工作提供指导。关键词:复杂地形;光伏发电项目;柔性支架;运用中图分类号:F273 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2024)02-0118-03
6、1192024年1月下 第02期 总第422期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science&Technology Overview规定了并网时限,为得到项目电价补贴,获得更高的项目收益,项目单位在未完成土地征租前就进入了项目实施阶段。根据本项目所在地区属于山地地形,地势起伏大,项目建设施工中受林地、水源保护区、国家级景区、生态红线等限制,现场土地资源有限,地块呈现分散化特点。设计人员在前期阶段经过一系列调研,在选定的地块上尝试采用固定式支架,具体的施工中需 1300m2可完成 40MW容量布置。固定式支架虽然为光伏电站项目中比较常用的支架形式,但本项目因为地形条件相对复杂,空间利用
7、率偏低,25MW 容量使用土地 1000m2,平均用地为 40m2/MW,远远超出预期用地面积。因此,从项目进度与效益等角度出发,选用柔性支架。柔性支架的优越性有 6 点:一是跨度大且跨度范围可调节性较大,实际的施工作业中相关人员可根据需求调节;二是土地空间利用率较高;三是操作方法简单,具有良好的通风性,更能保障发电效率;四是抗裂性相对理想;五是钢材消耗量少,承重低且投资少;六是场地基础要求低,预装性强,施工效率高。3 柔性支架设计光伏电站项目中,现场土地资源相对有限,为最大程度利用土地资源,降低用地成本,在安装柔性支架时一般将其布设在普通支架无法安装的区域,以达到容量增补的目的。根据项目现场
8、情况,最大区域为某 90m2地块,该区域的走向属东偏南,坡度在 20 26之间,光伏柔性阵列设计跨度为 14m,布设轴向东偏南 39,设计法向正南 20,端部、中部倾角分别为 12、113。光伏阵列中部排桩间距、列柱间距分别为 4m、14.3m,设计高度为1.5m。此区域内经由综合分析与计算,安装组件的数量为 13704 块,可安装容量为 6.19MW。柔性支架系统为14m 小跨度,主索选择几何不稳定结构。为达到稳定性、安全性标准,相关人员需给主索增设抗风索、杆,使支架结构体系有足够的能力承受各个组件传递的荷载,并将其受到的作用力再作用到钢结构与基础上。太阳能光伏电站的运行过程中,弯矩的存在可
9、能降低支架抗风性,因此设计人员需合理确定固定索位置,一般将固定索固定在与光伏板边缘 0.2 倍板长度范围内。本项目设计中有稳定杆,在此部件下形成整体空间结构,沿纵向、横向设置抗风杆网,可增强结构性能,即使出现较大的风荷载,结构也不会出现明显的变形。端部与中部桩采用钢结构,相关人员需综合分析缆绳的预应力、承重要求,以确保构件尺寸、结构强度符合相关标准和要求。4 复杂地形中光伏柔性支架的运用要点4.1 工序施工安装考虑到光伏项目所在地的地形条件,必须布设柔性支架。在此支架系统中,无黏结预应力技术为关键,通过对索施加预应力,增强索的刚度。当索、撑杆稳定性符合要求后,支架系统即使受到较大的风荷载,也不
10、会因风振而出现结构风险。系统中使用了专用连接件,现场作业中滑移法较为有效,且施工相对便捷,整个作业期间只需要遵循相应的操作规范,在安装、维修阶段对索不会产生较大干扰。柔性支架系统内包含诸多构件,安装期间相关人员需遵循以下流程。第一,根据设计规定开展测量放线,得到测量结果后开挖电缆沟、防雷接地沟,注意控制开挖尺寸与深度。第二,钻孔,当成孔通过验收后,在其中安放钢筋笼。第三,灌注混凝土并安装钢结构。第四,主索放线,安装防雷接地网。第五,主索安装与张拉。第六,安装光伏板。第七,电气连接。第八,检查与验收4。柔性支架与传统固定支架相比较,具有一定的特殊性。首先,柔性支架所需的立柱相对较少,但其桩基立柱
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