一种漂浮式太阳能光伏泵站的研究

2018-10-26何清燕蒋辉霞刘波陈立陈爽四川省农业机械研究设计院

四川农业与农机 2018年5期

□何清燕蒋辉霞刘波陈立陈爽/四川省农业机械研究设计院

1 研究背景及意义

太阳能光伏提水具有无污染、可持续、总量大等优点，被列为四川省农业主推技术。但在推广过程中，有许多地区存在太阳能光伏组件场地占地面积大的问题，特别是在水库和山坪塘附近很难找到足够大的场地，同时又不允许占用农田和林地。为了节约越来越紧缺的土地资源，本文研究了一种漂浮式太阳能光伏泵站，将太阳能光伏组件场地建在水库、湖泊、池塘等水面上，通过太阳能光伏组件将太阳能转化为电能，为水泵机组提供动力，完成提水工作。

相比传统的地面式太阳能光伏泵站，漂浮式太阳能光伏泵站具有以下优势：一是合理利用空间，节约土地资源，降低建设成本；二是有效避免因征地引起的纠纷，促进当地社会和谐；三是拥有更好的通风散热效果及统一的标高平整度，运行效率更高；四是四川省天然水域丰富，具有巨大的建设前景；五是安装环境开阔、无遮挡，受周围环境因素制约较小，避免了植被破坏，有利于保护环境；六是由于水冷却的效果，漂浮式光伏发电系统的发电量同比地面光伏发电系统有所提高；七是可以实现资源的综合利用，如渔光互补。因此，漂浮式太阳能光伏泵站有效地突破了土地资源对太阳能光伏泵站应用的制约，这对土地资源稀缺而水体众多的地区来说尤其重要，蕴藏着巨大的开发潜力。

2 系统组成

漂浮式太阳能光伏泵站由太阳能发电系统、漂浮系统、专用控制系统和提灌系统组成（如图1所示）。其中，太阳能发电系统包括太阳能光伏组件、防水阻燃电缆等，漂浮系统由浮体、连接栓、支撑件、锚固系统、线缆敷设系统等构成，专用控制系统包括逆变控制器、传感器等，提灌系统包括专用水泵机组、管道管件等。漂浮式太阳能光伏泵站利用漂浮系统将太阳能光伏组件场地建设在水面上，通过专用控制系统控制水泵机组和太阳能光伏发电系统，可根据太阳能光照条件和蓄水池水位情况实现自动启停，无需专人值守，节能省工。

3 关键技术

与传统地面式光伏泵站相比，漂浮式光伏泵站设计的关键在于漂浮系统。漂浮系统由浮体、连接栓、支撑件、锚固系统、线缆敷设系统等构成。目前，在水面光伏发电领域有浮管式、标准浮箱式、HDPE浮箱+支架式、高性能钢筋混凝土浮箱式四种漂浮系统。浮管式漂浮系统具有造价较低、可灵活布置倾角的优点，但是连接节点多、施工困难且检修难度较大。标准浮箱式漂浮系统具有模块化、轻量、连接节点少、施工方便、能较好地适应水面波动等优点，但造价较高，浮箱连接耳环是其薄弱环节，需经过计算并采取加强措施，且组件不能实现最佳倾角。HDPE浮箱+支架式漂浮系统的浮箱仅作为浮体，提供浮力，较大的水平力由金属支架承担，构造措施的采用，更适应水面环境，但连接节点多、施工难度较大，且结构稳定性较差。高性能钢筋混凝土浮箱式漂浮系统的浮箱耐久性高，造价较低，结构稳定性强，但浮体自重大，且底地势起伏较大，最低枯水位时光伏阵列下水深小于0.7m时不能采用该系统。

四种漂浮系统各有优缺点和不同的适用范围，在进行漂浮式光伏泵站设计时，应根据水文地质条件、水位变幅、风速风向及资金预算等合理选用。设计漂浮系统时，需计算最不利工况下的承载力、倾覆力、连接锚固力等，并考虑其耐久性和经济性。浮体等所用材料应具有抗老化、耐腐蚀、可回收等特点，满足25年以上使用寿命的要求。

此外，锚固系统是漂浮式太阳能光伏泵站设计的难点，也是漂浮系统、线缆敷设系统、接地系统能否可靠工作的关键点。锚固系统可分为配重锚固、专用锚锚固和桩锚固。光伏阵列在风荷载、水流、波浪等的作用下，产生一定的水平力，配重锚固、专用锚锚固提供的锚固力较小，需要设置的锚固点数量较多，桩锚固具有更强的锚固力，能减少设置的锚固点数量。