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柔性支架,风再起!
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近日,某省农业农村厅发布的“农光互补”项目新规在行业内引起了广泛关注。新规中明确要求,单位面积产品不低于周边作物产值80%,农业不可用区域面积占比低于10%。这也意味着,农光项目将更加注重“光”与“农”的平衡,保障光伏发电的同时,最大化农业用地的利用价值。

在光伏设备中,除了逆变器、汇流箱、电缆等必要设施外,光伏支架桩基所占用的土地面积较大,并且其周边往往无法用于农业耕作,造成农业不可用区域面积较大。

直击痛点,柔性支架备受关注。据测算,农光项目若采用柔性支架,农业不可用区域面积占比仅0.59%。除此之外,柔性支架还可契合更加复杂地形,由此近年来频繁出现在各大央企的采购清单上。

拓宽光伏应用场景

历经二十余年的光伏开发热潮,“大、平、宽”类型光伏建设用地日益稀缺,特别是在基本农田红线、生态保护红线以及城镇开发边界控制线等多重限制下,光伏项目的土地供给不足问题愈发显著。

相对有限的土地资源,让行业将视角转向了山地、丘陵、滩涂等更具挑战性的应用场景。而充分利用复杂地形,正是柔性支架的看家本领。

据悉,相比于传统固定支架,柔性支架在应对山地、丘陵等复杂光伏地形时,不仅有效解决了基础施工难度大、基础投入大、施工周期长以及支架难以适用等难题,而且显著减少了因地形不平整导致的阴影遮挡问题,从而保证了光伏发电的效率和性能。

更为关键的是,柔性支架通过按地形细致的布置,结合柔性支架对适用地形比较大的适用性的特点,显著提升了单位面积的装机量。以1000亩土地为例,传统固定支架仅能安装约60-70MW的组件,而采用柔性支架,布板量可提升至80-90MW,实现了约30%的增容效果,某些山地项目,由于红线较规整,其增容比例可高达到40%-50%,且基于不同场景柔性支架对比传统固定发电效率可提高1.5%-3%。

同时,得益于柔性支架“大跨距、高净空”特点,板下空间内的机械化施工几乎不受影响,能够很好与农业、林业、渔业等有机结合,在光伏电站发电的同时可高效复合利用土地,有效增加单位土地面积的产值,推动经济效益与生态效益的协调发展。

除最大化提升土地空间利用率之外,渔光互补柔性光伏支架系统桩基数量少,最大限度减少施工对环境的扰动。同条件下,相比传统固定支架,能节省钢材和桩基成本,且预装性强,可快速架设,节省了大量的安装时间和施工成本,进而大大降低光伏电站综合投资成本。

产品结构的三次飞跃

柔性支架作为光伏领域的创新产品,其架技术已历经了三次迭代。

最初的一代柔性支架设计主要围绕组件单排横置安装在两根钢索展开,但由于其完全依赖钢丝绳作为支撑,没有任何抗风或者减振措施,基于索结构会发生风振的特点,故无法保证光伏电站系统的持久性和可靠性。

随后,第二代柔性支架以组件单排竖置安装在两根钢索的结构亮相,它采用钢绞线作为支撑,并通过施加足够的预应力来确保光伏组件在外部载荷下的稳定性和安全性。这一创新设计显著提升了光伏阵列的稳定性和安全性,迅速在光伏电站建设中得到了广泛应用。

然而,随着技术的深入应用,二代产品也暴露出了一些技术挑战和潜在风险。例如,双索承重结构在平面外的抗扭刚度相对较小,可能导致高风载条件下的整体结构稳定性受影响。

由此,第三代产品应运而生,如行业首家国家级高新技术企业——深圳安泰科ATEC擎天晴索网柔性支架,其采用“上承式悬带桥”设计原理,通过三角撑提供竖向荷载支持,并通过增加横向稳定桁(索)架将单排组件南北方向上连接成整体。横向稳定桁(索)架由上下贯通钢梁(索)组成横向稳定系统,显著提升了系统在风作用下的稳定性。

业内人士指出,第三代柔性支架在设计上巧妙地规避了大风带来的震颤对系统可能造成的破坏,并成功解决了前两代产品变形难以控制、组件因扭曲和碰撞导致的隐裂问题,真正为柔性支架的大规模应用铺平了道路。

目前,新一代ATEC擎天晴索网柔性支架已通过多种极端工况测试,可以在30至45米的大跨度情况下保证组件不会发生破坏性的风致振动,同时积累了大量的应用经验,保证柔性支架立柱可以灵活地设置,不受坡度,角度、地形、地面高度等问题的影响。ATEC擎天晴索网柔性支架高度范围为1至8米,能够在不破坏原始地形、不影响土地原使用功能的前提下,实现“渔光互补”、“农光互补”、“林光互补”、“牧光互补”等多种应用场景,从而大大拓展光伏的用地领域,解决某些场景不宜用于或者无法用于光伏电站建设的问题。

ATEC擎天晴索网柔性支架技术已经攻克了大坡度、大跨度的技术难题。在云南永德县小勐统镇的项目中,深圳安泰科团队成功克服了地形复杂、坡度陡、山路崎岖等难题,在超过60°的绝壁上成功架设起ATEC擎天晴索网柔性支架。同样,在海拔高达3000米以上、坡度超过35°的撒永山光伏电站项目中,深圳安泰科团队不断探索,为当时全国范围内海拔最高、坡度最大,跨度最大的山地柔性光伏项目提供了样板方案并成功的如期并网发电。

独特且显著的优势让ATEC擎天晴索网柔性支架赢得了市场的广泛认可。2024年以来,在三峡青口盐场450MW渔光互补项目、东磁电建连云港650MW渔光互补项目、大唐天津宝坻渔光互补项目……都能看到ATEC擎天晴索网柔性支架身影。连续承接大体量的柔性项目,不仅体现柔性支架技术在各大项目中应用规模的不断扩大,同时也彰显了ATEC擎天晴索网柔性支架强大的市场渗透力和适应性。

最新市场数据也印证了这一点,2024年上半年,深圳安泰科柔性支架出货量已突破2GW,市场占有率高达四成以上,其项目的足迹遍布云南、江苏、甘肃、浙江、广东等多个省份。

冲破“争议”

柔性支架正逐步获得市场认可,然而当前柔性支架技术正处于不断精进与行业标准修订的关键阶段,许多企业涌进这一领域,导致市场上出现了第一代、第二代和第三代产品混杂,各种结构方案并存、侵犯专利的现象时有发生的复杂格局,不仅给电站的安全性带来了严重威胁,同时也阻碍了行业的健康发展。

有业内人士指出,即便是第三代产品,其中也不乏结构设计不合理,未经风洞测试仿真测试验证的方案,一旦这些支架出现故障,其不可重塑的特性,使得补救措施极为有限,从而导致极为惨重的损失。

对于柔性支架这类大跨度结构而言,大风是导致支架结构破坏的主因。我国地域广阔,气候多样,大风天气频繁且成因复杂,光伏电站不可避免地要面对大风天气的挑战。根据中国气象报社的报道,青藏高原的年大风日数高达75天以上,内蒙古中北部与新疆西北部的大风天数也超过了50天,东南沿海及其岛屿同样频繁受到大风侵扰,年大风日数多达50天以上,且这些地区还常受太平洋气流影响,遭受台风等极端天气的侵袭。

今年以来,云南、山西、山东等省份的相关光伏电站遭受了强风侵袭,导致部分安装柔性支架的电站出现组件扭曲、碰撞,甚至支架垮塌的事故发生。

当然,也有项目在大风考验中表现出色,如广东能源茂名茂南公馆镇的光伏复合项目,该项目位于台风频繁且直接冲击的区域,2023年面对“苏拉”和“海葵”两大超强台风的严峻挑战时,其柔性支架系统的基础、钢结构、主索等核心部分均稳固如初,成功抵御了14级台风的冲击,项目中所采用的正是深圳安泰科提供的ATEC擎天晴索网柔性支架。

据了解,针对大风压环境,深圳安泰科对每个型号产品都进行了严苛的风洞试验,确保柔性支架搭载组件结构在强风环境下的稳定性。同时,深圳安泰科与湖南大学、中南大学以及国内外知名的风洞实验室和风工程研究中心紧密合作,对光伏支撑系统系列产品进行了深入的刚性测压试验、动态参数分析以及气弹稳定性等多方面的研究。目前,深圳安泰科在该领域的研发投入已接近3000万元,通过一系列风洞实验、现场和实验数据的积累,以及样架测试的大数据分析,为支架的持续优化和升级提供了坚实可靠的科学依据。

风荷载之外,设备腐蚀防护也是众多业主关注的焦点。柔性支架大多应用于山地、沙漠、水面等环境恶劣区域,所承受的腐蚀程度远超一般环境。因而,安泰科擎天晴索网柔性支架在设计生产阶段,便针对悬索、锚具、夹具等主要结构部件进行了精密的防腐处理。在水面鱼塘、沿海滩涂等对防腐要求高的环境中,采用了外部包裹聚氯乙烯护套、内部填充环氧树脂的创新方法,来提升支架的抗腐蚀性和耐久性。

崇明陈家镇100兆瓦渔光互补项目便是一个典型案例,项目东临东海、南靠长江,对支架的抗腐蚀性提出了极高要求。深圳安泰科团队充分考虑当地环境,采用PHC管桩结构作为立柱,结合热镀锌防腐技术,对原材料和热镀锌参数进行了精细调整,成功满足了防腐需求,为项目提供了持久稳定的保障。

一系列项目案例证明了新一代柔性支架在复杂场景中的必要性和可靠性。随着国内土地资源日益稀缺,西北的沙漠戈壁、西南的山地丘陵,以及东南沿海的滩涂地带,正逐渐成为地面光伏建设的重中之重。无疑,柔性支架正迎来发展的春天。

 

供稿人:穆野

日期:2024年6月19日

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