作者：劉冰冰

來源：計鵬新能源

原標題：漂浮式水上光伏混凝土錨塊初步設計

　　根據國家能源局下發的《太陽能利用十三五發展規劃（征求意見稿）》及2015年底我國光伏累計裝機總容量， 我國“十三五”期間每年光伏裝機容量約為20GW。在大家都為這20GW的土地與屋頂資源犯愁的時候，水上光伏的潛力卻還沒有被充分挖掘。據統計，中國有9.1萬km2的湖泊，其中1km2以上的有2700多個；8.6萬座水庫總面積超3842萬畝。僅以淡水水域資源來看，如果鋪滿可以安裝光伏電站1.5萬GW，即使只有10%，也可以安裝1500GW，因此水上光伏未來大有可為。

　　水上光伏基礎根據水深的不同，主要分為預制混凝土管樁基礎和漂浮式基礎兩種，漂浮式基礎又主要分為：傳統浮筒+支架基礎和光伏專用一體化浮筒基礎。上期小編介紹了光伏專用一體化浮筒基礎水下混凝土錨塊進行初步設計，本期小編仍以湖北省荊州市某水面為例，對傳統浮筒+支架基礎水下混凝土錨塊進行初步設計。此種形式的光伏方陣仍是由一個個小的單元（一個陣列）組成，因此在實際計算時，化整為零，選取一個單元作為研究對象，進行混凝土錨塊的初步設計。

圖一（傳統浮筒+光伏支架方案實景圖）

圖二（方陣排列圖）

圖三（光伏方陣單元）

1　參考規范

《建筑結構荷載規范》GB50009—2012

《光伏電站設計規范》GB50797—2012

2 荷載標準值計算

　　2.1 恒荷載：

　　每塊光伏組件的尺寸：1650mm×992mm×40mm

　　太陽能板質量： 

　　支架重：5.3976KN

　　單個浮筒尺寸：500mm*500mm*400mm

　　浮筒總重：單個浮筒重7kg →86×7×9.8÷1000=5.9KN

　　恒荷載標準值：SGK=(4.3512+5.3976)*2+5.9=25.4KN 

　　2.2 風荷載：

　　根據《建筑結構荷載規范》GB 50009-2012

　　項目所在具體位置：湖北荊州

　　基本風壓: 0.30KN/m2

　　地面粗糙度類別：A

　　風振系數βz=1.09

　　風壓高度變化系數μz =1.0

　　組件與水平地面的角度θ＝18°

　　負風壓荷載體型系數μs＝-1.3 (根據GB 50797-2012) 

　　作用在組件上的逆風風荷載：

　　所以， 

　　作用在組件豎向方向的逆風風荷載： 

　　F= Wk* S=-0.425×39.2832=-16.695kN

　　F向上=F*cos18°=-15.878kN 

　　F水平=F*sin18°=-5.159kN

3 荷載組合

　　最不利負載組合為：

　　1.0恒＋1.4風

　　=1.0×25.4-1.4×15.878=3.171KN

4 混凝土錨塊配重初步設計

　　根據（1.0永久荷載-1.4*1.0逆風荷載）計算結果，

　　1.0×25.4-1.4×15.878=3.171KN＞0

　　所以混凝土錨重塊在豎向受力上無需特別考慮，只需考慮受水平風力時，混凝土錨塊在水下不移動即可。

圖四（混凝土錨塊、錨繩設計）

　　水下錨塊錨繩設計一般采用以上的形式。

　　由于混凝土錨塊水下受力比較復雜，現假設一定的邊界條件：

　　（1）不考慮水的阻力；

　　（2）混凝土錨塊與水下地面的摩擦系數為μ=0.8；

　　（3）錨繩與水平面的夾角為45°；

　　由以上計算可知風的水平荷載F水平=-5.159kN

　　考慮到水的浮力問題，設混凝土錨塊體積為V（混凝土的密度2500kg/m3、水的密度為1000kg/m3），

　　要使用錨塊不移動則，

　　5.159×1000×cos45°2≤0.8×（2500×V×9.8-1000×V×9.8）

　　V≥0.219

　　取V=0.219m3；

　　m=0.219×2500=547.5kg

　　則一個光伏單元可采用兩個質量為547.5kg的混凝土錨塊。

　　以上即為傳統浮筒+支架基礎混凝土錨塊配重初步設計過程，如有錯誤，敬請指正。