采煤塌陷区漂浮式光伏支架组件安装技术创新与实践

1 引言

在" 双碳" 战略目标驱动下，水面光伏电站凭借其土地利用效率高、水资源保护协同效应显著等优势，已成为新能源开发的重要方向。然而，漂浮式光伏支架安装面临水域地形复杂、作业平台缺失及环境干扰显著等技术瓶颈。本研究以中核华辰承建的30MW 水面光伏项目为工程载体，通过技术创新与工艺革新，建立了具有工程普适性的高效安全安装技术体系。

2 工程概况

2.1 项目简介

项目选址于华东地区某采煤塌陷区水域，总占用水域面积 1.2km² ，平均水深 3.5m ，总装机容量 30MW。采用峰值功率 540W 的单晶双面光伏组件共计 55556 块，配套漂浮式支架系统。项目年均发电量达3.5×10^-7kWh ，年均可实现 CO2 减排 2.8×10^-4t ，系区域重点清洁能源示范工程。

2.2 技术难点

（1）复杂水域条件：库区地形高程差达 8.7m ，最大水深 6.2m ，年均风速 4.5m/s ，且受季风影响显著；

（2）施工效率制约：传统离散式安装工效仅 195 块 / 日，工效难以满足工期要求；

（3）安全质量控制：水上作业人员暴露风险系数达 0.32，材料损耗率 5.6% 。

3 关键技术及创新点

3.1 岸基模块化预制技术

图1-1 岸基模块化预制示意图

图1-2 岸基模块化预制示意图

3.3 柔性连接与自适应锚固系统

（2）建立水位 - 锚链长度动态调节模型，设置锚链长度调节余量±1.5m （置信度 95% ），确保汛期阵列稳定性。

4 施工工艺流程

摒弃传统水上散装模式，创新采用码头标准化预制平台（见图1），实施 8×8 阵列（64 块组件）模块化组装工艺。通过研发专用定位模具（公差 ±0.5mm ）与自动扭矩控制装置（精度 ±3% ），将单模块组装耗时优化至1.5h，较传统工艺效率提升 42% 。

（1）采用高密度聚乙烯（HDPE）铰接机构，实现 ±15.3^∘ °水平偏转与 ±5.2^∘ 垂直浮动；

3.2 双船协同拖运定位技术

（1）施工准备阶段：完成锚固基础预制（强度等级 C40）、组装平台建设及组件入场检测；（2）模块化组装：实施三维激光扫描检测（精度 0.1mm ），合格模块实施唯一性编码；（3）阵列定位安装：按 GIS 路径规划实施拖运导航，双船协同定位误差 ⩽0.3m ；（4）系统集成调试：进行阵列电气连续性测试（绝缘电阻⩾100MΩ ）及 72h 动力响应监测。

图2 双船协同拖运

5 质量控制与效益分析

建立“主拖船动力牵引 + 侧向船位姿调控”的协同作业模式（见图 2）。基于 RTK-GPS 建立平面坐标系（WGS-84），实施阵列实时定位（采样频率 10Hz ），通过 PID 控制算法实现位姿纠偏，确保阵列就位精度 ⩽0.28m. 。

5.1 质量控制标准

（1）锚固系统：水平定位偏差 ⩽0.48m ，倾角偏差 ⩽2.8^∘ ；（2）组件安装：螺栓预紧力控制误差 ±4.5% ，组件平面度误差

<0.48^∘ ；（3）阵列整体：平面位置中误差 ±0.32m ，高程中误差 ±0.15m_⨀ 5.2 综合效益评估（1）经济效益：水上作业量减少 63% ，材料损耗率降至 1.15% ，直接成本节约284 万元；（2）技术效益：形成《漂浮式光伏支架施工工法》（Q/ZHC-JZGF-2023），申请实用新型专利2 项；（3）环境效益：年节约标准煤 1.12×10^-4t ，等效植树 6.2×10^-5 棵。

6 工程挑战与解决方案

6.1 流体动力稳定性控制

针对水体波动引发的阵列位移问题，建立流体- 结构耦合模型（CFD数值模拟），优化锚链分布密度至3.2条 /100m² ，阵列漂移量降低至 0.12m/ s。

6.2 生态影响控制

通过安装透光率 58% 的生态浮床系统，维持水域光合有效辐射（PAR）强度 ≥300μmol/（m²⋅s） ，确保水生生物群落稳定。

7 结论

本研究提出的漂浮式水面光伏支架安装技术体系，通过模块化预制、协同定位及柔性连接等技术创新，有效解决了复杂水域环境下的施工效率与质量控制难题。工程实践验证了该技术体系的经济性与可靠性，其技术指标达到行业领先水平，为漂浮式光伏电站建设提供了新的技术范式。

参考文献

[1]王启明。水上光伏电站锚固系统动力响应研究[J].太阳能学报，2021，42（3）：56 -61.DOI：10.19912/j.0254-0096.2021.03.008

[2] 李国华。模块化施工技术在水面光伏工程中的力学性能 研 究 [J]. 中 国 电 力 建 设，2022，43（8）：3-38.DOI：10.3969/j.issn.1007-3361.2022.08.005

[3] 陈辉，赵强。漂浮式光伏电站施工安全管理策略[J]. 电力建设，2023，44（6）：112-118.

[4] 刘阳，吴伟。水面光伏阵列柔性连接技术优化研究[J]. 太阳能，2023（9）：45-52.