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全球首個百萬千瓦級海上光伏項目的背后 ——訪中國電建華東院墾利海光項目副總工程師呂國兒

□ 資深記者 陳雯

渤海灣的波濤之上,一場關于光電與海的交響曲正在奏響。山東墾利100萬千瓦海上光伏項目,作為全球首個百萬千瓦級海上光伏項目,首批發電單元已于2024年11月正式并網發電。該項目由中國電建集團華東勘測設計研究院(以下簡稱華東院)設計,近日,記者采訪了該項目副總工程師呂國兒,探尋“海上光伏”背后的故事。

設計創新:從陸地到海洋的跨越

“相比陸地,海上光伏面臨更大的風荷載、波浪海流以及浮冰等挑戰,設計必須從一開始就考慮這些因素。”

從照片上看,海上光伏主要由光伏板、鋼桁架支架平臺以及樁基組裝連接而成。設計選擇在碼頭完成支架的組裝和光伏板的安裝,再整體吊裝至海上、落在樁基上。這一改變,將復雜的海上作業簡化為高效的“模塊化”拼圖。

樁基選型上,鋼管樁取代了傳統的混凝土樁。呂國兒解釋,同直徑下,鋼管樁的抗彎性能比混凝土樁更高,所需數量更少,便于光伏上下部結構海上吊裝對接施工。同時,由于冬季冰情嚴重,水位反復變動,混凝土樁在凍融環境下容易產生裂縫和表面剝落。此外,試樁發現,由于土質原因,混凝土樁打樁比較困難,而鋼管樁由于孔洞率大,打樁阻力小,更容易到達預定的設計深度。上部平臺和下部樁基之間還設有斜撐構件,減少了平臺的跨度,增強了穩定性,降低了用鋼量。經過綜合對比分析,用鋼量減少20%至30%。

在該項目中,設計團隊還將箱變平臺挪到了大平臺上,實現功能共用;平臺鋼桁架上設置相應支吊架,代替橋架鋪設電纜,節省了工程量。

在荷載計算上,由于場區里分布著將近3000個平臺,靠近外緣的平臺和內部的平臺所受到的風荷載不一樣。內部平臺因受外部平臺的遮擋,風荷載相對小些。設計團隊認為,陸上規范中風荷載的折減系數0.85偏保守,不利于整個項目的設計優化,于是通過相關科研院校做了風洞試驗,取得了合適的折減系數。浮冰荷載也作了類似的內外受力差別的分析。

海上光伏項目由于探索前沿,超脫于現有規范,對設計來說,面臨許多“首次”。華東院團隊也在摸索中不斷尋找最優的解決方案,并為著手推動將經驗轉化為國家和行業標準不斷努力。

建設優化:提升效率加快工程進度

“鋼結構焊接和組件安裝過程也非易事。”

一個光伏平臺尺度為35米×60米,共要建設3000個光伏平臺。呂國兒回憶,由于平臺大、數量多,建設初期,從組織大量的工人上工到磨合加快進度就有數月。七八百塊光伏板安裝到大平臺上時,每塊板要通過四個螺栓擰緊在長達60米的檁條孔洞上,這需要檁條的開孔位置非常精準。呂國兒說,剛開始,由于安裝精度的誤差,效率始終提不上來。后來,將檁條改短,分成小段施工,再連起來,并將螺栓開孔改為長腰型,雙管齊下,最終解決了安裝偏差問題。

該項目還首次在海上光伏中應用了66千伏“海纜+陸纜”長距離輸電技術,讓電力在海洋與陸地之間暢通無阻。呂國兒表示,陸地上光伏常規的電纜等級基本在66千伏以下,而該項目首次在海上光伏中使用66千伏海纜,這樣電纜輸送容量更大,根數要求更少,大幅減少了用海面積和降低了建設成本。

數字賦能:為項目安上智慧“眼睛”

華東院此前在海上風電數字化建設上積累了比較成熟的經驗,此次也將該經驗植入了海上光伏項目中。項目團隊依托BIM+GIS技術,打造了國內首個全場景海上光伏數字孿生電站,如同為這片“光伏森林”裝上了智慧的“眼睛”。無人化監控運維、落水救援定位、氣象監測……,將助力海上光伏電站建設運維的全面、實時、精準管理。

同時,“智能化、數字化、標準化將是未來施工建設的思路。”呂國兒表示,大量的陸地制造過程是海上光伏一大特點,依靠人工制作出來的建筑產品形成不了統一的標準,“要借鑒制造業的方法。”

采訪尾聲,呂國兒感慨,由于沒有先例可考,設計方案剛提出來的時候,遇到了來自各方的質疑,最大的問題就是經濟性和可行性。“但我們頂住了壓力,將問題一一梳理,將解決方案一一擺出,還請公司里的老專家坐鎮指導,從減少工程量的角度極盡優化手段,才有了現在的推進成果。”呂國兒也表示,海上光伏的未來,需要產業鏈的協同共進,需要每一個環節的提質增效。

山東墾利海上光伏項目,對于推動區域能源結構的優化、集約節約利用淺海資源具有重要意義,為我國乃至世界海上光伏產業規模化發展起到了引領和示范作用。從2024年7月開工至今,項目已完成將近六百個平臺建設,預計將在2025年內全容量并網發電。建成投產后,預計年發電量可達17.8億千瓦時,大約能滿足267萬普通中國城鎮居民一年的用電量,有效節約標準煤50.38萬噸,減少二氧化碳排放134.47萬噸。




 
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