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大型集中式光伏电站潮间带复杂环境下施工技术研究

2023-07-03 483 上传者：管理员

摘要：近年来，利用广袤的沿海滩涂开展大型集中式光伏电站建设正逐渐成为趋势。本文以国内已建成最大的滩涂光伏电站——大唐象山长大涂300 MW滩涂光伏项目为依托，对潮间带复杂环境下大型集中式光伏电站施工重难点进行分析，对滩涂环境下运用的独特施工技术进行详细介绍。通过对一系列成熟施工技术的运用和创新，以实际项目论证了在复杂的滩涂环境下建设大型集中式光伏电站的可行性，得出其先进的施工技术对后续同类型项目的开展具有深远意义。

关键词：
中式光伏电站
施工技术
滩涂光伏
潮间带
潮间带环境
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0、引言

大唐象山长大涂300 MW滩涂光伏项目位于浙江省宁波市象山县高塘岛乡西侧。场区区域地貌以潮间带（淤泥滩）地貌为主[1]，场址内植被主要为海草。场地受海水涨落潮影响，涨潮时水深约2 m～5 m，落潮时靠近海堤部分区域为露滩，滩涂表层基本为4 m～6 m的淤泥层。光伏电站占用水面面积约300 hm2，装机容量为300 MW，并新建220 kV升压站一座。大唐象山长大涂300 MW滩涂光伏电站是目前国内已建成最大的海岸潮间带滩涂渔光互补光伏电站。本工程发电系统采用分块发电、集中并网方案，分成75个光伏并网发电单元[2]，光伏方阵经逆变升压至35 kV，通过12回集电线路接入升压站配电室，升压后接入220 kV湾山变电站。光伏发电场建在海堤外海侧，升压站建在海堤内陆侧，集电线路通过海陆栈桥布置。

1、潮间带环境集中式光伏电站施工技术重难点分析

作为国内已建成最大的潮间带滩涂渔光互补光伏发电项目，其施工难度远高于传统陆地光伏电站施工。受复杂的滩涂环境影响，施工现场面临潮水涨落、淤泥地质、高温高湿等多重困难[3]，在此项目之前，如此大容量的滩涂光伏电站施工，国内尚无先例，无类似成熟经验可借鉴。

1.1生态环境脆弱

工程所处潮间带滩涂环境生态脆弱，海洋生态保护要求高，作为滩涂渔光互补光伏项目，地面滩涂将用于水产养殖，光伏站区也将与海岛乡村旅游发展规划紧密结合。此外，施工区域坝面大陆侧为滩涂过渡带，海岸线长度为7.1 km，大量的水产养殖区域和一定规模的水道航道交叉纵横，在不影响周边正常生活生产前提下，需要采取要求更为严格、工序更加合理的绿色施工方案。

1.2施工强度高

滩涂光伏场区面积大，水面面积约300 hm2，发电场区共有混凝土管桩10.1万根，总重量25.3万t；太阳能支架1.1万组；光伏组件63.6万块。大量的物料需要在4个月内完成，施工受每日潮汐影响，无法实现单一设备、单一施工模式连续施工，复杂环境下较低的施工效率不得不投入大量的人力、物力以满足进度需求。

1.3测量条件差

全天候全时段施工需要有便捷高效的测量方法以满足大批量管桩的施工测量。滩涂区多雨雾天气对施工测量影响较大，桩顶标高控制困难。打桩施工质量将直接影响后续支架及组件安装。施工中，需要采取多点位控制，结合精密定位仪器，最大限度满足桩体正位率，减少对后续安装的影响。

1.4施工环境不利

由于光伏场区潮水涨落、淤泥地质、海风盐雾等不利条件，施工危险性较大，且传统施工方法及常规大型装备不适应滩涂作业，给施工带来困难，所以应自主创新施工方法，研发和改装适应滩涂场区条件的施工装备，以满足施工要求。

2、潮间带环境集中式光伏电站施工技术研究

2.1 BIM技术结合无人机管控的智能化技术研究

在本项目中，施工区域跨度大、面积广，通过BIM软件建立同尺寸场区模型可对整个场区进行三维模型展示和细部体现（见图1），可提升工程直观性和施工作业指导性。无人机以其独特的视角能对现场施工进行有效管控（见图2），对优化区块划分、协调材料、设备适配起到关键作用。BIM技术结合无人机技术是一次大胆的尝试和创新，对提升施工质量和项目施工管理水平具有重要意义。

图1电站三维建模

图2无人机巡视

2.2预应力管桩施工综合技术研究

本项目中，为满足力学性能及防浪安全需求，采用PHC预应力混凝土管桩作为支架和电缆桥架、观光栈桥的基础。其总长度超100万m，为保证工程顺利开展，现场需要克服复杂环境下管桩运输、管桩沉桩和管桩测量三项技术难题。

2.2.1预应力管桩运输技术研究

管桩运输面临每日高低潮水位落差大的难题。高潮水位时，水深满足运输需求，由几十条装驳船即可完成运输任务，其载重和运距均较为可观。低潮水位时，通过开挖航道，保证现场具备一定的运输能力。无潮水时，配备一定数量的水路挖机，结合运桩浮台，运输效率为船运的1/2。距离岸边较近的位置，可使用卷扬机搭配运桩浮台进行对拉牵引，完成管桩近距离运输。通过技术创新，实现在无围堰防护的条件下，滩涂地质环境大规模成套混凝土管桩运输，从而满足现场高强度的施工需求。

2.2.2预应力管桩沉桩技术研究

根据施工区域划分，结合管桩运输方式合理安排管桩施打顺序。施打前，根据地质资料，确定不同地块、区域沉桩深度。正式施工前，应通过第三方检测机构进行单桩竖向抗压静载、水平静载、竖向抗拔等试验，采用低应变进行桩身完整性检测，并提交保留相关记录。结合本项目的特殊施工环境，研究形成了潮间带滩涂施工环境沉桩施工技术，在有水和无水条件下，通过创新、改进施工设备，实现多方法混凝土管桩全天候沉桩施工。

1）打桩船沉桩

大潮位、外滩涂及北部和南部滩涂区域，潮水满足打桩船吃水需求时，使用打桩船进行预应力管桩沉桩施工。施工时，运桩船紧靠打桩船。吊桩前，应在桩身一面标上每米数标记，以便打桩时记录，吊点位置按设计要求规定，立桩用一点打桩起吊，绑扎点距桩端0.239 L处（L为单条管桩桩长），捆绑完成，打桩船机长开始操作起桩，慢速升吊桩主钩，将桩起至一定高度，慢速提升导杆式打桩锤，打桩船船员利用绳索配合桩完整进入桩帽，然后吊桩主勾及导杆式打桩锤同步提升，将桩吊起。由桩机自身调整垂直度至符合要求后，才能对桩施工。开始锤击时，宜先用低能量、低冲程或空锤锤击，桩尖入土2 m后，在确认桩身贯入方向无异常后，方可进行连续正常锤击。

2）水陆打桩机沉桩

在低潮位水位无法满足大装船吃水需求时，使用水陆打桩机进行沉桩作业。沉桩前，由改装水陆挖机或卷扬机协助运桩平台将管桩运输到位，水陆两用挖机首先进行改装，把挖机头改装成抓斗形式，用另一台水陆两用挖机进行配合打桩作业。用仪器准确测量，通过定位装置调动打桩船至桩位准确位置，水陆两用挖机调整至符合要求。

2.2.3沉桩测量控制技术研究

采用打桩船设计高程标定方法和RTK系统，解决了夜间及雨雾天无法施工测量的难题；结合无人机桩位偏差复测，提高了测量精度，保证了管桩的精准定位和桩顶高程的控制，为实现全天候管桩施工提供了强大的技术保障。桩位定位前应检查各轴线交点的距离是否与桩位图相符，确认无误后用直角坐标或坐标法测放样桩，压桩机就位后应对样桩进行复核，无误后方可进行压桩施工。定位测量以打桩船上GPS定位测量为主，岸上全站仪测量为辅，全站仪测量起校核作用。

为解决大范围桩位检测难题，项目采用无人机测量技术进行桩位偏差复测，利用无人机航拍影像进行管桩正位率批量检查，以提高检测效率。

2.3滩涂光伏电站支架和组件安装技术研究

大型光伏电站施工每日耗材巨大，完善的物资材料供应和高效的安装效率是施工关键。大型滩涂光伏电站光伏区支架及组件施工需要克服复杂环境下材料运输和安装两项技术难题。

2.3.1支架及组件运输技术研究

为满足现场材料物资供应，研制材料在滩涂区域的运输装置。远海侧利用大型驳船作为临时码头具备一定的材料集散能力，通过改装简易驳船进行材料区间快速运输，以拼装式浮动平台为基础作为材料安装前临时堆放点。

由于近海侧部分区域受水位浅，船只通行困难，无法进行驳船运输。通过在滩涂上铺设浮台、轨道，利用轨行板车解决设备材料运输及施工人员进出等难题（见图3）。实验证明，通过轨道将岸基码头与施工区域树状相连，可以保障现场施工物资供应的高效性及连续性。

图3漂浮式材料运输轨道

2.3.2支架及组件安装技术研究

利用拼装式浮漂提供稳定基础，为安装施工人员提供海上作业平台。由于管桩高程较高，安装作业属高空作业，本项目创新施工方法，组装了组件安装移动平台进行安装作业，该平台具备跨度大、稳定性好、移动方便等特点。以9根管桩为一个组串单元，该平台能实现组串内和相邻组串间全覆盖，有利于缩短组串间施工间隙，提高作业效率。

2.4挡浪墙施工技术研究

为应对台风季节浪潮对光伏电站的破坏影响，本项目沿电站外海修建挡浪墙（见图4）。为满足海上施工和运输要求，挡浪墙采用钢管桩+预埋拼装钢结构形式，在满足结构强度及安全性的前提下，具有重量轻、施工方便等特点。优化设计的安装倾角及布置方案使其在应对浪潮侵袭时具备优良的消能效果。挡浪墙由上、下两部分结构组成，大潮高潮位时透水高度约为水深的78%，其余时段挡浪设施基本不阻水。

图4挡浪墙

2.4.1挡浪墙下部结构

挡浪墙下部结构为灌浆混凝土钢管桩。由打桩船完成沉桩作业，由驳船搭载混凝土罐车及泵车完成海上混凝土灌浆作业。通过计算，以不同长度、不同直径的前、后桩布置方案，满足抗拔及承载力设计需求，为挡浪墙提供稳定坚实的基础。依托打桩船RTK精准定位，配合专门研制的打桩导向定位装置，解决长距离弧形布桩定位、导向、抱紧等难题，以实现快速批量化钢管桩施工。

2.4.2挡浪墙上部结构

挡浪墙上部结构为型钢焊接钢结构，由工厂直接制作，验收合格后运至现场进行成品组装。上部结构采用模块化成型施工工艺进行合理分段，根据各区块结构形状进行模块化成型。钢管桩施工完成并验收合格后，用运输船将焊接好的上部结构运输至施工现场，驳船搭载履带式起重机进行吊装作业，水路挖机配合进行安装工作。为避免对上部结构位置扰动，灌浆紧随安装作业进行。

3、结语

本文依托潮间带复杂环境下大型光伏电站项目建设，总结了此类工程项目施工过程中面临的重难点，并对滩涂特殊环境下的光伏电站施工技术进行分析概述，归纳出适用于滩涂环境光伏电站施工的先进技术和先进设备，如潮间带环境下打桩、组件安装技术，漂浮式材料运输轨道、挡浪墙等，对滩涂环境下大型集中式光伏电站建设起到一定指导作用。

参考文献:

[1]舒文兵,施涛,郑瑜,等.光伏发电:宁波海洋滩涂开发新前景[J].宁波经济(财经观点),2016(1).40-41.

[2]吴之奎,张彦昌,石巍,等.大型渔光互补光伏电站场区总体布置优化研究[J].电工电气,2021(5):32-36,63.

[3]吉广健,汪兴兴,王平,等.不同地形场址光伏系统应用的现状分析[J].电源技术,2018,42(6):918-921.

文章来源:郑仕超,翟梓良.潮间带复杂环境下大型集中式光伏电站施工技术研究[J].北方建筑,2023,8(03):12-15.