桩基固定式海上光伏项目的设计与施工策略

摘要：为了对海上光伏项目中的安装施工工艺进行研究，采取实践与理论相结合的方式，从海上光伏的基础进行论述，并提出了部分海上光伏防腐蚀和安装策略。研究发现，基础施工和组件安装一直是海上光伏项目建设的一个重点，它会对光伏电站运行的安全和经济效益产生很大的影响，这就需要做好设计和施工规划，对各环节严格管控，以确保施工质量。

关键词：海上光伏支架光伏组件箱式变压器

DesignandConstructionStrategiesofFixedOffshorePhotovoltaicProjectswithPileFoundations

LIUGuanchen

FujianGuodianWindPowerCo.，Ltd.，Fuzhou，FujianProvince，350009China

Abstract：Inordertostudytheinstallationandconstructiontechnologyofoffshorephotovoltaicprojects，thecombinationofpracticeandtheoryisadoptedtodiscussthefoundationofoffshorephotovoltaics，andsomeanti-corrosionandinstallationstrategiesforoffshorephotovoltaicsareproposed.Researchhasfoundthattheconstructionandmoduleinstallationofthefoundationhavealwaysbeenthefocusoftheconstructionofoffshorephotovoltaicprojects，andthattheywillhaveasignificantimpactonthesafetyandeconomicbenefitsoftheoperationofphotovoltaicpowerplants，whichrequiresgooddesignandconstructionplanningandthestrictcontrolofeachlinktoensureconstructionquality.

KeyWords：Offshorephotovoltaics;Bracket;Photovoltaicmodule;Pad-mountedtransformer

目前，国内已建和在建项目大多为陆上光伏项目，尤其以西北地区利用戈壁荒滩大基地为主，但受电网接入限制。中东部地区经济发达，电网消纳空间大，但受土地资源和政策影响。当前，陆上光伏资源已逐渐枯竭，而海上光伏发电项目具有不受土地限制，接近负荷中心等优点，随着近年光伏组件价格的不断走低和光伏转换效率的不断提高，海上光伏项目开发已具备投资经济性。但是，相比于陆上光伏，海上光伏由于项目少，建设经验较为缺乏，且各地区海况风况不一致，需要根据项目特性，对各部位进行设计和实施，以确保项目质量和效益[1]。

1海上光伏的基础

1.1桩式基础

当前，我国大型海洋光伏发电项目多在滨海、潮滩等地，已有较为成熟的“PHC管桩+钢托架”方案。桩基固定式海上光伏建设呈现规模化桩群施工的特征，海洋环境的水深、海浪、潮差、风速等指标直接影响桩基的定位精度、垂直度和施工效率。光伏发电项目主要采用的是预应力混凝土管桩，其优点是桩身质量稳定可靠、强度高、水上施工效率高、施工周期较短、水上施工快捷方便、挤土效应显著、较少破坏原始地貌，有利于环境保护等优点。缺点是主要适用地质松软，较平整的场地，不适用于岩石、碎石土及密实的砂土。

1.2施工时间及特点

以我国目前一桩基固定式海上光伏项目为例，该项目其中包含主要光伏器件10000余个。另外，还包含部分桥架以及箱变等重要桩基。通过研究发现，一般来说现有的海上光伏桩基设备的工作时间为每天15h左右，若按照每天4个工作单位来计算，则一天至多可以打60个桩，打桩的施工时间需要约半年时间，这会基本占据整年海上工作时间的所有主要窗口期。因此，桩基固定式海上光伏项目的施工特点便体现出来，即主要的施工器件繁多，且器件的施工数量也很多，锚碇施工要用的场地大[2]。在极端恶劣天气环境情况下，桩基易受到地质情况、安装上部钢结构、标高偏差等问题的干扰，因此对桩基的定位工作有非常高的条件；另外，支架的吊装、运输、安装所用时间也较长，且支架的安装一般采用的都是流水或交叉式，这给项目的施工效率带来了不小的影响[2]。在这一地区的海上施工主要窗口期、设备施工效率以及施工方法等方面，通过研究计算，该项目的总桩基容量为400000kWp，陆上集中式光伏项目的施工时间需要180d左右，而相同通量的海上光伏项目施工时间则不低于1年。

2海上光伏腐蚀防护策略

根据腐蚀部位和制造材料的不同，应采用相应的防腐蚀对策。

2.1预制管桩

2.1.1掺入引气剂

引气剂是一种掺气的新型减水剂，它能在混凝土中掺入空气，生成许多细小的、封闭的、稳定的气泡。高品质的引气剂在混凝土中形成许多细小且均匀分布的球形微孔，提高混凝土的坍落度、流动性及塑性；减少危险孔洞，阻断侵蚀介质对混凝土的渗透；降低砼的泌水率、离析程度，改善砼的均一性；减少导热系数，改善了混凝土的体积稳定性能，延长管桩的使用寿命。

2.1.2合理选择水泥和骨料材料

粗骨料角部及针状颗粒过多，不经处理，会造成大量的气泡残留。对于细粒级集料，天然砂来源日益减少，若用未经充分修整的人造砂或掺混砂代替，由于其粒径小、易产生气泡，在管桩收水过程中易产生砂眼。建议采用级配在20mm以内的粗集料，并对其进行压实指数及岩石体积压缩强度测试。细集选用中、细集料，细度模数为2.6，泥含量不得超过1.0%，且不得有结块。

2.1.3增加保护层厚度

混凝土保护层厚度与裂缝宽度、钢筋腐蚀程度有一定的相关性。增大保护层厚度、减小裂纹宽度可减小钢筋锈蚀速率。

2.2支架

2.2.1增加镀锌厚度

一般情况下，镀层厚度愈大，全蚀所需要的时间愈久，锌液的温度、浸锌时间、工件表面的清洁度都会对锌层的厚度产生影响。在430℃以下，锌的扩散速率不够快，很难形成充足的Fe-Zn合金层；而在465℃以上，Zn和Fe的扩散速率加快，Zn层厚度迅速增大，而随着温度的提高，Zn层的厚度又开始减小。通常，随着镀层厚度的增加，浸锌期延长。但是，过多的浸锌会造成锌层的脆性。此外，高表面质量的工件上，锌层也比较薄，因此，在适当的镀锌温度下，可以适当地延长浸锌时间，以增大锌层的厚度[3]。

2.2.2提高镀锌工艺水平

热浸锌钢表面存在的各种缺陷对其耐渗性能有很大的影响，其中锌液的成分、温度等与镀锌材料表面的夹渣、划伤、裂纹等有密切的关系。在生产过程中应注意的主要质量控制要点包括以下几个方面。（1）原料缺陷的处理。由于钢铁企业在生产过程和运输过程中的防护措施不到位，导致钢铁材料表面出现裂纹、结疤和皱皮等缺陷。在热浸锌之前，必须对其表面的裂缝、起皱、结疤、麻面进行打磨修补。（2）漏镀的处理。漏镀是一种比较严重的质量问题。对单体面积不超过10cm的暴露点，可用热喷锌，涂敷富锌涂层的办法进行修补。（3）原材料表面的清洗。如果被涂层表面有油污或漆斑，可以使用特殊的去油剂，并在加入之前，先将其除去，然后再加入。对于不完全的酸洗及残留的锈斑，可以通过延长酸洗时间来解决；对于锈蚀层比较厚的工件，可以采用机械清理的方法进行前处理[4-5]。（4）使用助镀剂。将NH4Cl与ZnCl2按照特定的配比融合在一起制作成水溶液，这样做的目的是可以将器件的外层通过此溶液，与空气进行隔离，以确保碱洗脂、酸洗除锈后的清洁钢基基材表面可以不被氧化。另应注意，助镀液应定期化验，确保其铁含量低于7g/L，酸水平低于4g/L，溶液pH值应保持在4～6之间。

2.2.3断面的处理

对于采用热浸锌或镀锌铝镁板的零件，如需在工地上进行焊接、开孔、截断面等重新加工，则应先清除锈斑，然后再喷锌、补漆。通常先用醇溶性无机富锌底漆进行底层和找平；中间层采用环氧云铁涂料密封，防止空气进入底漆；丙烯酸聚氨酯面漆既能确保涂料的施工质量，又能起到对中间涂料的保护作用[6]。

2.3接地系统

传统的接地装置以镀锌扁钢为主，一般选用Q235钢。结果表明，该工艺对钢筋混凝土无防护效果，不宜采用。可供选择的物质主要有以下几种。

2.3.1铜覆钢材料

与热镀锌相比，铜镀层的耐蚀性能要好得多，耐蚀性能比热镀锌高5～10倍，且具有较高的使用寿命。在40年的设计使用年限内，采用铜包覆钢材进行整个生命周期的投资费用比纯铜低得多。

2.3.2不锈钢材料

不锈钢是一种耐海水腐蚀能力强、耐腐蚀能力强、耐腐蚀能力强的新型材料。通过试验，确定铬20%、钼6%、镍18%、锰4%、硅0.5%、钒0.5%，其他成分为Fe的情况下，获得了良好的抗海水侵蚀能力。经1050℃保温0.5h，再经油淬火，获得固溶强化；经816℃调变处理0.5h，再在α相及σ相过渡区进行时效处理，获得了较好的耐蚀性能。

3光伏设备安装施工技术的应用要点

3.1支架施工技术

支架是由后立柱、前立柱、斜撑、斜梁、檩条、背拉杆、连接件等部分构成的。将后立柱和前立柱全部放在管桩基础上，并进行定位，并对其安装精度进行检验，将前、后立柱的纵向中心线与立柱中心线一致，利用水平仪对前、后立柱的水平度进行合理调节，再用水平仪对立柱的垂直度进行调节。当支架安装时，如果发现桩基的标高变化很大，可以用支撑垫对前后柱进行调平，达到要求后再用点焊进行连接。同时还要检查支架底座的平面度，对角偏差是否在容许值之内，确定后将立柱焊接牢固。在安装斜梁时，要严格按设计要求的间隔来进行，斜梁的实际安装位置由端头的长度来决定，用螺栓穿过斜梁来提高连接的可靠度。当所有的立柱和斜拉杆都安装到位后，要将拉杆螺栓拧紧，这样才能保证光伏支架上的各个部分都能受到均匀的受力，从而提高了光伏支架的整体稳定性[7-8]。

3.2光伏组件安装

因为项目的规模很大，光伏设备多，所以在施工过程中，所以在安装的时候，必须对这些方面进行严格的控制。

3.2.1切实做好安装前各项准备工作

在组件开箱前，需组织厂商、监理和业主一起到现场进行开箱检验，并做好开箱检验的见证记录。组装件的外形和零件要保存完好，并要对安装者进行有关安装方面的知识和技术指导。

3.2.2严控各组件的安装误差

在整个光伏电池组件的安装和建造中，一定要严格按照设计图来进行，特别是对组件的紧固螺栓扭矩要完全符合生产厂家及设计文件中的有关要求。

3.2.3严控光伏组件之间的接线质量

由于在海上作业，施工场地受限，而且安装后很难对其进行调整或更改，所以要对各个部件之间的接线质量进行严格的控制，要特别注意以下几个方面：（1）光伏组件的连接数目和路径都要满足设计要求，要deae7c99fc385ffde8113cba39e3a112牢固可靠；（2）外部线缆与接头部位需进行搪锡处理，以提高接头的紧密性及紧密性；（3）在组装完毕后，要对其进行开路电压、短路电流等试验，试验结果满足规定后，才能开始下一步的安装；（4）连线可用支架牢固固定，其安装应整齐美观。正负极之间不能有短接的情况。

4结语

综上所述，本文首先对桩基固定式海上光伏项目的基础进行分析，其次阐述了海上光伏项目光伏防腐和设备安装施工技术。在建设中，基础施工和组件安装是关键环节，这就需要在具体的施工过程中，根据现场的情况，提前做好人员、材料、设备、组织等方面的准备，对工程节点进行严格把关，只有这样，才能确保项目建设质量和未来稳定的经济效益。

参考文献

[1]刘峥.光伏电站电气设备安装与调试分析[J].光源与照明，2022（8）：62-64.

[2]郭文斌.山地光伏电站项目施工阶段管理优化研究[D].呼和浩特：内蒙古大学，2022.

[3]何昌婷.光伏发电站机电设备安装工程施工质量控制措施[J].居舍，2022（14）：111-113.

[4]张峰.大型光伏发电电气设备安装影响因素及解决措施[J].电力设备管理，2021（2）：179-180，204.

[5]山东省能源局.山东省海上光伏建设工程行动方案[R/OL].（2022-07-12）[2023-07-12].https：//www.lawlawing.com/community/489528.

[6]赵进科，赵亚楠，冯宇.大同左云县100MW领跑者项目山地光伏支架节点设计[J].山西建筑，2017，43（27）：49-50.

[7]郭永锋，闫云峰.山地光伏项目中微孔灌注桩施工质量控制措施[J].山西建筑，2016，42（26）：116-117.

[8]徐卫兵，惠星，李东侠，等.桩基固定式海上光伏项目开发建设策略[J].西北水电，2023（5）：118-122.