漂浮式水面光伏支架組件的安裝

黃 恒 梁 儀 潘東美 韋橋?qū)?潘海洪

廣西建工集團第二安裝建設(shè)有限公司 廣西 柳州 545006

漂浮式水面光伏是指在水塘、小型湖泊、水庫、蓄水池等水面建立漂浮式光伏電站，該類型項目施工無固定操作平臺且受浮力影響很大。水面光伏充分利用水域資源，解決了傳統(tǒng)光伏發(fā)電占地面積大的問題，在生產(chǎn)清潔能源的同時，通過減少水面蒸發(fā)量，從而保護水資源，達(dá)到水利、電力、農(nóng)業(yè)資源綜合利用的效果[1-4]。

1 項目背景

1.1 項目簡介

廣西右江魚梁庫區(qū)里拉溝水面光伏項目位于廣西百色市田東縣右江魚梁庫區(qū)消落區(qū)里拉溝，安裝容量為33 MW，采用單塊光伏組件容量（峰值功率）345 W、360 W及370 W共計92 370塊，采用水面漂浮式光伏支架結(jié)構(gòu)。項目建成后年均發(fā)電量約為3 100萬 kW·h，年均發(fā)電收入約2 600 萬元，與同容量燃煤發(fā)電廠相比，相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤消耗10 167 t，每年減輕排放溫室效應(yīng)性氣體二氧化碳25 231 t，成為廣西最大的水面光伏電站。

1.2 施工特點

相較于傳統(tǒng)地面光伏項目，水面光伏項目施工具有以下特點：工程所在地為狹長水域，水深為1.5～5.5 m不等，地形復(fù)雜；水上無法安裝固定的操作平臺，水面作業(yè)工效低；施工過程受雨季大風(fēng)暴雨影響大，安全性較差。如何有效解決以上難題，快速有效地完成水面光伏方陣安裝是本工程面臨的大難題。

2 施工方案分析

傳統(tǒng)的水面光伏安裝施工技術(shù)為：在岸上組裝浮筒后，用船拖至指定水域固定，然后在水上進行支架組件安裝。此做法存在諸多弊端：支架組件水上運輸費用高，效率低；作業(yè)人員水上材料搬運難度大，易因操作不當(dāng)導(dǎo)致材料掉入水中，材料損耗率高；施工作業(yè)面窄，水上作業(yè)安全隱患大，質(zhì)量管控難，且施工進度緩慢，施工管理成本高。

經(jīng)多次試驗以及不斷改進，項目部研發(fā)了“漂浮式水面光伏支架組件安裝施工技術(shù)”，解決了在水上安裝光伏支架組件難的問題，有效節(jié)約了施工成本，縮短了工期，并取得了良好的經(jīng)濟效益。

3 工藝原理及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工藝原理

漂浮式水面光伏支架系統(tǒng)由浮筒與線槽構(gòu)成底座網(wǎng)，并在底座網(wǎng)上部安裝下座及支撐，光伏組件固定安裝在下座及支撐上。施工時先水上安裝浮筒固定錨，然后岸上安裝光伏陣列支架組件，移動光伏陣列入水，最后在水上拼裝光伏方陣并進行就位固定。該技術(shù)將傳統(tǒng)水上單件散拼支架組件的方法轉(zhuǎn)變?yōu)橄仍诎渡戏謫卧惭b陣列光伏組件，再在水上組裝光伏方陣的施工模式，省去了水上操作平臺搭設(shè)工序，避免了因水波及作業(yè)人員操作晃動導(dǎo)致安裝質(zhì)量偏差大的問題。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

1）岸上預(yù)制技術(shù)：所有支架組件安裝均在碼頭施工平臺上進行組裝，施工快速高效。

2）方陣入水技術(shù)：以小陣列為單元，每完成一陣列安裝后便將北側(cè)浮筒推入水中，然后在南側(cè)浮筒上連接安裝下一陣列，如此依次安裝入水，既節(jié)省施工場地，又解決了因光伏方陣結(jié)構(gòu)大以至于整體結(jié)構(gòu)入水難的問題。

3）柔性連接技術(shù)：南北方向線槽之間、東西方向下座之間以及錨鏈與方陣之間均采取柔性連接方式，緩解水面波動和水位升降對方陣的沖擊。

4）方陣水上位置調(diào)整與固定技術(shù)：拉動錨鏈即可調(diào)整方陣位置，利用RTK-GPS定位儀進行方陣定位調(diào)整，定位后調(diào)整錨鏈長度，按設(shè)計要求設(shè)置余量，保證方陣在最高水位和最低水位間安全漂浮。

4 施工工藝及操作要點

4.1 基本工藝流程

基本工藝流程為：施工前準(zhǔn)備→錨安裝施工→施工平臺搭設(shè)→浮筒與線槽拼接→組件安裝→方陣陣列入水→水面方陣拼接→方陣定位固定。

4.2 操作要點

4.2.1 施工前的準(zhǔn)備

1）作業(yè)人員進場，進行必要的施工前工作。

2）檢查施工機械是否性能良好，并進行維護；測量設(shè)備是否進行檢定，并在有效期內(nèi)。

3）熟悉安裝圖紙，編制施工組織設(shè)計，準(zhǔn)備好相關(guān)技術(shù)文件，并對施工人員做好質(zhì)量和安全技術(shù)交底等工作。

4）施工所用材料已進場，質(zhì)量證明書齊全有效，進貨驗收合格。

4.2.2 錨安裝施工

錨為長1.5 m、寬1.5 m、高0.66 m的混凝土塊，有一對邊安裝錨爪，采用工廠預(yù)制方式。錨安裝于水底，分布在水上光伏方陣四周，用鏈條與方陣支架相連接，達(dá)到固定方陣的目的，如圖1所示。

圖1 單個光伏方陣錨分布示意

錨安裝施工基本流程為：錨倒運→吊裝上船→水上定位→錨安裝。水上定位是錨安裝施工的關(guān)鍵工序，本技術(shù)采用RTK-GPS定位儀進行水上定位，可保證定位快速、精準(zhǔn)。

如圖2所示，錨呈直線且平均分布在方陣四周，因此可按直線方向上同一排錨進行安裝施工。準(zhǔn)備兩艘小船，首先在一端根據(jù)錨坐標(biāo)定位后固定一艘小船，再沿錨安裝方向定位另一端錨坐標(biāo)，并固定另一艘小船，兩艘船拉線，用RTK-GPS配合安裝船沿線進行錨安裝作業(yè)。

圖2 錨安裝施工示意

錨安裝時，鏈條一端固定在錨爪上，另一端應(yīng)綁扎在竹子或浮球上，使其能夠漂浮在水面上，便于方陣拼接施工。

4.2.3 施工平臺搭設(shè)

水上操作局限性很大，本技術(shù)將支架組件拼裝安排在碼頭的施工平臺上完成。施工平臺長4 m、寬8 m，用腳手架管搭設(shè)，腳手架管上部平鋪模板平臺，下部綁扎2排廢油桶保持浮力。平臺四角安裝4根立桿，立桿可以防止平臺偏移，也可以根據(jù)水位調(diào)整平臺高度。

施工平臺搭設(shè)時，應(yīng)保證東西方向水平，南北方向可成傾角，靠水的北側(cè)模板浸沒水中，便于方陣陣列入水操作。施工平臺搭設(shè)如圖3所示。

4.2.4 浮筒與線槽拼接

施工時，應(yīng)從北向南安裝。先將2個浮筒用3根線槽連接，3根線槽分別穿過浮筒的3個預(yù)留孔，兩端安裝線槽連接件，使整體成為一個框架結(jié)構(gòu)底座，如圖4所示。從第2個框架結(jié)構(gòu)底座開始，只用3根線槽和1個浮筒拼接，將線槽前端與前一個框架結(jié)構(gòu)線槽連接件拼接，如圖5所示。

4.2.5 組件安裝

一個水上漂浮方陣可細(xì)分為南北方向若干列，每列由若干小陣列拼接而成，每個陣列可安裝6塊光伏組件（即3塊×2行）。

圖3 施工平臺搭設(shè)示意

圖4 北側(cè)第1排浮筒與 線槽拼接形式

圖5 第2排起浮筒與 線槽拼接形式

因此，組件安裝最小單元為一個小陣列拼裝，具體操作步驟為：

1）將3塊光伏組件背面朝上并排放在浮筒上，組件前端安裝下座，后端安裝支座，采用螺栓緊固方式連接。

2）將組件翻轉(zhuǎn)，使其正面朝上，調(diào)整下座和支座到線槽北側(cè)指定位置并用螺栓緊固，前排組件安裝完成。

3）重復(fù)前兩步操作繼續(xù)安裝后排組件，根據(jù)施工電氣接線圖要求連接組件MC4接插件。

組件安裝操作應(yīng)注意：

1）拼接前用自制模尺先在線槽上標(biāo)記下座及支座的位置，自制模尺由1根20 mm×20 mm方管及其上部點焊扁鐵塊制作而成，模尺長度與兩浮筒間距一致（圖6）。

圖6 模尺制作

2）放置光伏組件前應(yīng)在浮筒上鋪一層墊層，防止組件刮傷，墊層為厚的包裝紙皮或者泡沫板。

3）組件與下座螺栓固定時，應(yīng)保證組件外框線與下座邊框線重合；下座及支座固定時，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)記線固定。組件之間東西方向和南北方向水平度應(yīng)符合要求。

4）螺栓緊固應(yīng)牢固可靠，避免因水面波動而造成螺栓松動。

4.2.6 方陣入水

一個陣列安裝完成后，將陣列北側(cè)浮筒推入水中，南側(cè)浮筒留置在施工平臺上，繼續(xù)進行下一個陣列拼裝，如圖7所示。

4.2.7 水上方陣拼接

一個水上漂浮式支架組件方陣由若干個南北方向的陣列拼接而成。通常，組件從靠岸一側(cè)的陣列開始依次拼接。首先，用船只將陣列拖至預(yù)定區(qū)域，在陣列前部、中部及尾部均安排作業(yè)人員，保證拖動過程浮筒、支架及組件不受損壞；陣列到達(dá)指定位置后，作業(yè)人員先將南北兩側(cè)線槽連接件固定在錨固件的鏈條上，防止陣列漂移；最后將東西方向每一排組件下座連接，電氣作業(yè)人員進行組串接線施工。

圖7 方陣入水示意

由于陣列本身很長，且受風(fēng)力和水流影響，水上拖動陣列施工時，極易發(fā)生陣列擺動，從而造成陣列碰撞。因此，本技術(shù)在方陣水面拖動操作時采用兩艘?guī)恿π〈?lián)合拖動的方法，效果十分顯著。具體做法為：前部小船為主動力船，向前拖動陣列，在陣列尾部橫向設(shè)置另一艘小船，負(fù)責(zé)陣列的左右方向的控制，如圖8所示。

圖8 光伏陣列拖動示意

4.2.8 方陣定位固定

錨固件是漂浮式水上方陣唯一固定點，錨固件分布在方陣四周并沉于水底，與方陣采用鏈條連接的方式。錨鏈設(shè)置余量，保證單個方陣在一定范圍內(nèi)漂浮且避免相互碰撞。因此，水上方陣拼接完成后需進行方陣的定位固定。

首先根據(jù)設(shè)計圖紙確定方陣4個角的坐標(biāo)，采用RTKGPS定位儀定位配合作業(yè)人員拖動鏈條使方陣移動，直至方陣4個角位置與圖紙坐標(biāo)點位置重合；然后將4個角鏈條拉緊，使方陣固定不動；再依次調(diào)整方陣四周所有鏈條長度使其達(dá)到設(shè)計要求；最后將4個角鏈條長度調(diào)整至設(shè)計要求，至此完成對方陣的定位固定施工。

定位固定時需注意：

1）方陣必須拼裝完成，且錨固件及鏈條沒有缺失現(xiàn)象。

2）進行方陣定位固定時應(yīng)先測量確定水位標(biāo)高，根據(jù)水位標(biāo)高確定鏈條余量。

3）方陣四角鏈條應(yīng)同時收緊，收緊后應(yīng)進行坐標(biāo)復(fù)核，防止收緊過程中方陣漂移。

4）鏈條余量嚴(yán)格按設(shè)計要求設(shè)置。

5 質(zhì)量控制措施

5.1 錨安裝施工質(zhì)量控制要點

1）錨定位若位于岸邊且地表面不平整，為保證錨上方水深達(dá)到設(shè)計要求，需向下挖坑，水深≥3 m，坑的大小以能滿足錨放置為準(zhǔn)。

2）錨定位放置水平偏差為±0.8 m，傾斜角度≤5°，水平旋轉(zhuǎn)偏差≤10°。

5.2 支架組件安裝質(zhì)量控制要點

1）組件必須由兩人一次一塊進行搬運，在搬運過程中要輕拿輕放，避免受到大的振動而造成組件隱裂；施工中嚴(yán)禁踩踏及用其他銳器敲打、碰撞組件，以免損壞組件。

2）螺栓連接必須牢固可靠，避免因水面流動導(dǎo)致螺栓松脫。

3）組件南北向傾斜角度為13°，偏差＜1°。組件固定時，下座邊沿、支座邊沿應(yīng)與組件邊沿重合，避免出現(xiàn)組件東西向傾斜。

4）下座及支座嚴(yán)格按標(biāo)記固定，偏差≤10 mm，標(biāo)記用的模尺定期進行復(fù)核，避免偏差過大產(chǎn)生方陣組件錯口現(xiàn)象，影響整體觀感。

5）進行水上拖運時陣列前后受力點不少于2個，拖運應(yīng)緩慢平穩(wěn)，避免發(fā)生碰撞。

6 結(jié)語

廣西右江魚梁庫區(qū)里拉溝水面光伏項目采用漂浮式水面光伏支架組件安裝施工技術(shù)，通過岸上組裝水上就位，成功解決了水上光伏項目支架組件安裝難題，保證了整個光伏組件支架系統(tǒng)的穩(wěn)定性和強度，施工簡單，靈活性高，有較好的經(jīng)濟效益，可在類似工程中推廣應(yīng)用。

下一步需要探索和研究如何解決錨固件安裝進度、水上定位穩(wěn)定性、方陣水面臨時固定以及交流電纜橋架柔性連接等方面的不足，完善漂浮式水面光伏支架組件施工技術(shù)。