20 MW農(nóng)光互補光伏電站支架的基礎選型

馮 震 坤

(國核電力規(guī)劃設計研究院，北京 100095)

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20 MW農(nóng)光互補光伏電站支架的基礎選型

馮 震 坤

(國核電力規(guī)劃設計研究院，北京 100095)

結合20 MW農(nóng)光互補光伏電站項目的工程概況，對幾種可行的光伏支架基礎形式分別作了分析比較，選擇了預應力混凝土管樁基礎，指出光伏發(fā)電與作物種植形成有效互補，不僅提高了土地的農(nóng)業(yè)附加值,更以綠色能源發(fā)電的模式帶動了當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。

光伏電站，農(nóng)光互補，光伏支架基礎，鋼筋混凝土管樁

1 概述

山東20 MW農(nóng)光互補光伏電站項目利用農(nóng)作物種植的上方空間建設綠色無污染的光伏發(fā)電站。光伏組件采用固定傾角式安裝，安裝傾角為33°，朝向正南布置。每座光伏陣列由4行11列共44塊組件構成，采用橫向布置、U形接線方式。光伏陣列前后排間距為9.0 m，每套逆變升壓單元和與其配套的光伏組件和匯流設備構成1個1 MWp光伏方陣單元，每座1 MWp光伏方陣單元的安裝容量為1 098.24 kW,本工程共包括19座1 MWp光伏方陣單元。站址區(qū)域的建筑場地類別為Ⅲ類，地基土類型為中軟土。地形平坦，地貌類型為平原，地貌成因類型為沖積成因。站址地下水常年最高水位埋深接近地表，標準凍結深度小于0.60 m。

2 地面光伏支架基礎類型對比

目前地面光伏支架基礎形式主要有以下幾種：鋼筋混凝土獨立基礎、鋼筋混凝土預制樁、鋼筋混凝土鉆孔灌注樁、螺旋鋼樁。對這幾種形式分述如下。

2.1 鋼筋混凝土獨立基礎

適用于地形起伏不大的場地，對一般粘性土、粉土、砂土均適用，抗傾覆、抗滑移較好，造價適中，施工工藝簡單。缺點是由于太陽能組件數(shù)量較多，有一定的土方開挖量，破壞和擾動自然地表；現(xiàn)澆基礎需現(xiàn)場支模、攪拌澆筑混凝土，施工揚塵大。

2.2 鋼筋混凝土樁基礎

鋼筋混凝土樁基礎分為預制樁和鉆孔灌注樁：都可以采用小型機械施工，施工速度快，工期短，減少基礎開挖及回填土方量。因為地面部分太陽能支架數(shù)量較多，占地面積大，打樁機械需要頻繁移動。預制樁相對于鉆孔樁來說價格較低，購買運輸方便，具有成套成熟的制作工藝，質量和外部觀感較好。

2.3 螺旋鋼樁基礎

螺旋鋼樁主要分為：連續(xù)葉片樁，葉片在一定樁長范圍內(nèi)連續(xù)分布，寬度較窄，樁體有漸變段；盤狀葉片樁，樁體下部分布1道～3道葉片，葉片直徑較寬樁體等直徑。屬于預制樁，工程質量有保障；機械化施工、快捷方便；無需養(yǎng)護，可直接受荷；地層、地形、氣候、季節(jié)適用范圍廣；無需開挖、對生態(tài)破壞最低；可回收、場地恢復成本低。

缺點：安裝時需要保證法蘭盤水平，鋼制地錨安裝精度高，對松軟土層需要夯實，由于螺旋樁在土壤里的腐蝕是不可避免的，而且隨著空氣流動，水分含量等等因素，會加快腐蝕的速度。想要大大減緩這種腐蝕最好的方法就是使用熱浸鍍鋅技術，覆蓋螺旋樁的表面，從而將螺旋樁的使用壽命延長至20年。想要保證螺旋樁20年的壽命，而鍍鋅工藝的質量至關重要。

3 支架基礎方案比較

根據(jù)站區(qū)可利用場地面積，經(jīng)初步規(guī)劃，本工程規(guī)劃容量約為20 MWp，分成19個1 MWp光伏方陣單元。根據(jù)上述原則，工程地質勘察報告和支架基礎方案進行比較分析。

3.1 主要設計參數(shù)

主要設計參數(shù)表見表1。

表1 主要設計參數(shù)表

3.2 地形地質情況

站區(qū)占地類型為一般農(nóng)田，由于本工程為農(nóng)光互補項目，考慮到農(nóng)作物的種植要求，光伏板下端距地高度按1.5 m考慮。

3.3 基礎選型

根據(jù)本工程《巖土工程勘測報告書》，擬建場地地層主要為第四系沖積層，巖性主要為粉土、黏土，各層地基土特征描述如下，同時給出該層的承載力特征值建議值。

①粉土：黃褐色，稍密，稍濕～很濕，局部夾粉質黏土薄層，表層約有20 cm厚的耕土，含少量植物根系。該層層厚2.60 m～5.00 m，層底深度2.60 m～5.00 m，層底高程20.45 m～22.26 m，該層在場地內(nèi)均有分布。光伏支架采用樁基礎，樁型為預應力混凝土管樁，樁端持力層為第①粉土層。

地基土和地下水的腐蝕性。根據(jù)本工程《巖土工程勘測報告書》地基土對混凝土結構具有中腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有中腐蝕性；地下水在干濕交替作用下對混凝土結構具有中腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有中腐蝕性。

根據(jù)電氣方案資料，光伏組件采用260 Wp多晶硅光伏組件，每個結構單元由44塊多晶硅電池組件組成。組件支架橫向布置11列光伏組件，豎向布置4行，電池板橫向布置。光伏支架采用固定式支架,由斜梁、橫梁、支柱組成，支架布置結合電池板大小布置，光伏板下端距地高度按1.5 m考慮。支架基礎采用φ300 PHC樁基礎，樁頂預埋鋼板，上部光伏支架焊于樁頂鋼板上。

由于本工程為農(nóng)光互補項目，光伏支架間隙考慮種植農(nóng)作物。為便于農(nóng)作物種植及光伏電站的維護，光伏陣列前后排間距不應小于6 m，且光伏板下端距地高度按1.5 m考慮。目前，農(nóng)光互補工程光伏支架基礎形式主要有單排立柱方案和雙排立柱方案，以下是對這兩種方案的技術經(jīng)濟對比。

方案一：單排立柱方案。光伏支架采用固定式三角形鋼支架,支架基礎采用單排φ300 PHC樁基礎，樁長4.5 m，樁頭露出地面2.0 m，埋深2.5 m。

經(jīng)核算，20 MW光伏支架用鋼量為1 357 t,預制樁PHC300(70)，樁長4.5 m，共10 944根。

方案二：雙排立柱方案。光伏支架采用固定式格構式雙立柱鋼支架,支架基礎采用雙排φ300 PHC樁基礎，樁長2.3 m，樁頭露出地面0.3 m，埋深2.0 m。

經(jīng)核算，方案二20 MW光伏支架用鋼量為1 900 t,預制樁PHC300(70)，樁長2.3 m，共29 184根。

經(jīng)結構分析計算，兩種方案在技術上都是安全、可行的。方案一、方案二技術經(jīng)濟比較見表2。

表2 方案一、方案二技術經(jīng)濟比較

綜上所述，預應力混凝土管樁基礎具有綜合造價低、施工快、施工精度高等優(yōu)點，適用于本工程的場地特征及項目特點。單排立柱方案具備投資省，占地面積小，便于農(nóng)業(yè)種植的優(yōu)勢。通過比較工程量和綜合造價，確定預應力混凝土管樁單排立柱方案為最后方案。

鋼支架立面圖見圖1。

4 結語

20 MW農(nóng)光互補光伏電站工程采用預應力混凝土管樁基礎，綜合費用低于現(xiàn)澆獨立混凝土基礎，操作簡單、施工速度快、質量好，成本低，對周邊環(huán)境破壞小。由于單柱光伏支撐構占用空間小，前后排光伏組串之間的距離較為寬敞，方便農(nóng)作物種植，非常適用于發(fā)展農(nóng)業(yè)。本文可為今后的農(nóng)光互補項目中基礎的選型提供借鑒。

[1] GB 50797—2012，光伏發(fā)電站設計規(guī)范[S].

[2] [日]太陽光發(fā)電協(xié)會.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計與施工[M].劉樹民，宏 偉，譯.北京：科學出版社，2006.

Foundation selection of 20 MW agricultural PV complementary support structure

Feng Zhenkun

(StateNuclearElectricPowerPlanningDesignandResearchInstitute,Beijing100095,China)

Combining with the 20 MW agricultural photovoltaic complementary power plant project, by analyzing the feasible foundation form of photovoltaic support, the prestressed concrete pipe pile is adopted, point out photovoltaic power generation and crop cultivation make an effective complementary, not only improve the added value of agricultural land, but also promote local economic development in green energy generation mode.

photovoltaic power plant, agricultural photovoltaic complementation, foundation of PV support, reinforced concrete pipe pile

1009-6825(2016)26-0089-02

2016-07-03

馮震坤(1982- )，男，工程師

TU473

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