水上漂浮式光伏支架浮筒固定锚施工技术

文／梁仪、潘东美 广西建工集团第二安装建设有限公司 广西柳州 545006

引言：

太阳能光伏发电作为一种清洁能源，具有无污染、无噪声、设备运行稳定、自动化程度高、效率稳定等优点，在国内已大规模建设，根据国家能源局统计数据，截至2022年，我国光伏发电累计装机3.72 亿千瓦，同比增长29.4%。随着“碳达峰、碳中和”的推进，光伏发电项目前景更为广阔。

漂浮式水上光伏是太阳能光伏发电的一种建设方式，其充分利用水域资源建设水面光伏电站，实现水上发电水下养殖的“光伏+”建设成效。该类型电站可充分利用光照水面反射原理，增加组件的光照辐照度，同时可利用水面冷却效应控制组件温升，提高光伏发电系统效率5%～10%，从而实现综合发电效率最大化，因此备受开发商青睐。

1.项目背景

广西右江鱼梁库区里拉沟水面光伏项目位于百色市田东县，装机容量约为32MWp，是广西第一个漂浮式光伏电站，也是广西最大的水面光伏扶贫电站，建成后25年内年均发电量为3100 万kwh。该项目包含固定式和漂浮式两种光伏方阵，漂浮式光伏方阵安装在水深为1.5 ～5.5m 不等的狭长水域，由光伏支架浮筒固定锚固定。浮筒固定锚为长1.5m 宽1.5m 高0.66m 的混凝土块，重达2.5T，固定锚安装于水底，分布在水上光伏方阵四周，用链条与方阵支架浮筒相连接，达到方阵固定目的。

相较于地面光伏项目，水上漂浮式光伏方阵没有固定支撑点，如何保证光伏方阵在水面上能抵抗风浪及安全运行是一大难题；固定锚重量较大，水上吊运不便；水上无固定操作平台，如何进行浮筒固定锚安装并保证固定锚的安装精度又是一大难点。

2.施工方案分析

固定锚是漂浮式光伏方阵在水面上的唯一固定点，光伏方阵能否在水面上抵抗风浪及安全运行完全取决于固定锚的结构，现有的漂浮式光伏固定锚结构为方形混凝土块，该结构无锚爪，抓地力不足；受其外观影响，在风浪作用下，固定锚易被水波冲击移动；该结构仅顶面设有吊钩，当同时固定两个方阵时，受力不均，容易失稳，导致方阵碰撞组件损坏；且该结构未设置吊装环，就位时吊装用钢丝绳不易脱钩。

浮筒固定锚安装常规采用大型改装渡轮结合运输船进行固定锚安装施工，该装置在深水开阔水域施工效果显著，但需要较大作业面，且在浅水水域、狭长水道以及水面有低架线电杆水域则无法施工。当项目工期紧时，固定锚安装须与支架组件安装同时进行，随着安装方阵增多，可利用水面变少，若采用改装渡轮施工则施工进度缓慢甚至无法施工。大型改装渡轮及运输船灵活性较差，容易与组件方阵碰撞，不利于支架组件的成品保护，同时安装效率低，施工成本高。

经多次试验以及不断改进，研发了“水上漂浮式光伏支架浮筒固定锚施工技术”，解决了施工作业面窄、固定锚施工难度大、效率低及固定锚稳定性差、方阵抗风浪能力低问题，该技术操作简单，灵活性强，施工效率高，安全稳定，经济效益显著。

3.工艺原理及关键技术

3.1 工艺原理

通过增加锚爪部件，优化固定锚结构，提高固定锚抓地力和抗风浪能力；研制固定锚模具进行现场岸边预制固定锚，省去工厂预制运输环节，提高施工效率；就位固定锚时，研制固定锚就位装置，并采用运输车、水陆两用挖掘机配合吊运固定锚，实现单程多块固定锚运输就位安装。

3.2 施工关键技术

3.2.1 提升固定锚抓地力技术

通过优化固定锚形状呈梯形，有效降低水波冲击力；同时锚底部两侧各增加3 个锚爪，增加固定锚抓地力的同时，便于固定两个方阵的锚链，均衡两方阵拉力，提高了光伏方阵抵抗风浪的能力，有效保证光伏方阵安全运行，适应性强，稳定性好。

3.2.2 现场预制固定锚技术

研制可拆卸可周转利用的固定锚模具，通过现场拼装模具、浇筑混凝土、养护等，实现现场预制固定锚，省去固定锚工厂预制及运输工序，节约了运输成本，缩短工期。

3.2.3 固定锚水上就位技术

利用两艘小船、浮力装置、发电机、电动葫芦等研制一种水上光伏浮筒固定锚安装装置，通过装置上的电动葫芦升降固定锚实现水上固定锚安装，该装置解决了浅水域大型轮渡船无法运行及所需操作面大等问题，可操作性强，使用时不受水位和操作面的影响，可精准安装固定锚，灵活性强，效率高，安全稳定。

利用水陆两用挖掘机配合运输船将固定锚水上吊运至固定锚安装装置，实现单程多块固定锚运输就位，大大提高固定锚安装效率。

4.施工工艺及操作要点

4.1 基本工艺流程

施工准备→优化固定锚结构→固定锚预制→固定锚就位装置设计及制作→水下平整→锚点测量定位→固定锚就位安装→固定锚与方阵连接→固定锚运维。

4.2 操作要点

4.2.1 施工前的准备

（1）作业人员进场，进行必要的施工前工作。

（2）检查施工机械是否性能良好，并进行维护；测量设备是否进行检定，并在有效期内。

（3）熟悉图纸，编制施工方案，准备好相关技术文件，并对施工人员做好质量和安全技术交底工作。

（4）施工所用材料已进场，有相应的质量证明书，进场验收合格。

4.2.2 优化固定锚结构

将固定锚四面设计成梯形，以降低固定锚受到水波的冲击力；固定锚下部两侧各设3 个锚爪，以提高固定锚抓地力，锚爪由钢板焊接制成，每个锚爪钻有3 个M12 的孔，其中2 个孔用于两锚爪通过槽钢进行螺栓连接固定，另外1 个孔用于固定方阵的锚链；

固定锚结构由3 件锚爪连接杆、2 件加强杆槽钢、两个面各3 个锚爪共6 个锚爪、3 根横向配筋、3 根纵向配筋、1 个吊环、12 套M12×35 角螺栓(含1 平1 弹1 螺母)、6 套M12×30 六角螺栓(含1 平1 弹1 螺母)组成。固定锚尺寸根据设计要求的混凝土重量计算确定。

图1 固定锚结构图

4.2.3 固定锚预制

固定锚预制模具由1 张底板、4 张壁板组成。壁板呈等腰梯形结构，两腰处钢板外折15mm 宽，用于两壁板螺栓固定。固定锚预制前，应将模具底板放置于高50mm的垫板上，确保锚爪组装时呈30°。

固定锚浇筑前，先在模具底板上进行固定锚内部构件组装，具体步骤为：

（1）用锚连接杆将两侧锚爪对应连接，为提高稳定性，用槽钢将锚链接杆两端分别固定，形成锚的底座。

（2）在锚的底座上安装3 条锚横向配筋、3 条锚纵向配筋，钢筋与锚连接杆接触点用钢丝绑扎牢固；

（3）在固定锚的横向配筋与纵向配筋的中间交叉点安装吊环，调节吊环高度后用铁丝绑扎固定，避免在后续浇筑混凝土时吊环移动。

（4）组装固定锚模具，用M12×30 螺栓拧紧，防止浇筑时模板涨开。

（5）采用强度C30 混凝土浇筑固定锚，浇筑完成后需进行保养。

4.2.4 固定锚就位装置的设计及制作

（1）固定锚就位装置的设计

固定锚就位装置由运输船、船固定杆、操作平台、门形架、3T 电动葫芦、发电机、浮力提升装置、可移动支撑杆等结构组成。

运输船为长度6m 的小船，由发电机提供动力，两艘船并排由4 根10#工字钢制成的船固定杆焊接固定，每根杆与两船有8 个焊接点，连接牢固可靠。两船间距为1.8m，固定后两船合二为一，动力和稳定性大大提升，同时两船均有前后档动力，可降低两艘船在水上驾驶的难度，提高船的灵活性。为便于操作，操作平台尺寸为长1.8m×宽1.8m，设在两船之间的前后方，其下方设置由2 排油桶构成的浮力提升装置，以提高船的浮力和稳定性。两平台中间设置门形架供提升和下放固定锚，固定锚运输过程中，可在门型架下方设置两根支撑杆，用于支撑固定锚。该装置使用时，操作灵活性高，不受水域水深及可操作面影响，且固定锚安装效率高，就位精准。

（2）固定锚就位装置制作

如图2所示，先将两艘运输船并排间隔1.8 米，用船固定杆焊接固定；其次将门型架架设在两船之间并焊牢，门型架上安装电动葫芦，用于固定锚吊装施工；然后在门形架两侧设置操作平台，平台正下方用油桶和角钢制作浮力提升装置；最后在船头安装发电机，为电动葫芦供电。

图2 固定锚就位装置结构图

浮力提升装置由固定架立架、废油桶、固定架横挡及固定架压杆制成。固定架焊接在操作平台上，横挡可以防止废油桶向前后方向偏移，而废油桶在自身浮力作用下，可很好的固定在压杆下方。

4.2.5 水下平整

固定锚安装位置水底不平整时，须采用水陆挖掘机进行水下平整；若位于岸边且地表面不平整时，需向下挖50cm 左右深的坑(若放置点有大于50cm 深的淤泥层则可适当取消挖坑)，坑的大小以能满足锚放置为准。

4.2.6 固定锚测量定位

根据现场的测量控制网（基准点），用RTK-GPS定位仪准确投放固定锚的位置，复核合格后采用明显标识物进行标识，便于固定锚就位施工。

4.2.7 固定锚水上运输

利用水陆钩机配合运输船进行固定锚的水上运输。首先在钩机铲斗后背设置挂钩，待固定锚混凝土强度达到要求后，用钢丝绳将固定锚扎牢并挂在水陆钩机挂钩上，然后水陆钩机将其吊至运输船上，最后用运输船将固定锚运送至锚点的标识附近。

4.2.8 固定锚水上就位安装

（1）固定锚每个锚爪上用美式卸扣连接一根锚链，锚链有两种规格，项目主通道锚块上使用锚固定链条长，其余锚块使用锚固定链条短。

（2）每根锚链另一端绑扎两个明显漂浮物作为标记，漂浮物绑扎位置应根据锚点水深深度确定，确保固定锚就位后可通过漂浮物找到锚链。

图3 锚链安装示意图

（3）锚链绑扎完成后，将锚链放置在固定锚混凝土块上，然后使用水上挖机铲斗后背的挂钩将绑扎在固定锚吊环上的钢丝绳勾住，随后吊起固定锚放置在固定锚就位装置的平台上。

（4）将固定锚就位装置开至锚点标识位置，然后用RTK-GPS 进行定位坐标复核，准确无误后，启动装置发电机，用电动葫芦先将固定锚起吊一定高度，把支撑杆移开，落下固定锚，最后脱钩收回钢丝绳，关闭发电机。

（5）继续下一个固定锚的就位安装,直至固定锚安装于方阵四周。

（6）安装于方阵四周的固定锚，其每根锚链应作记号标明顺序，避免后期锚链与方阵连接时混乱，影响方阵稳定性。

4.2.9 固定锚与方阵连接

（1）光伏方阵采用岸上分段组装光伏阵列推移入水，水中拼装方阵，船拖方阵就位的方法施工。

（2）方阵就位后，通过漂浮物找到锚链，先将方阵四角链条收紧，使方阵固定不动；再根据水深和设计要求，调节方阵四周的锚链长度，并用专用扣件将锚链与方阵浮筒连接，最后将方阵四角的锚链长度调整至设计要求。

（3）方阵四角的链条须同时收紧，防止收紧过程中方阵移动，且收紧后应进行坐标复核。

（4）光伏方阵南北两边每个浮筒对应一个锚。每个锚3 根铁链与每个浮筒3 根南北线槽连接件连接并用销轴长锁住。

（5）光伏方阵东西两边每三排一个锚，每个锚3 根铁链与每一架组件下座东侧或组件下座西侧连接。

（6）每个方阵的东北角和西北角的固定锚须增加一根锚链与最北边东西连接杆连接。

（7）项目光伏区四周安装的锚不能作为共用锚。

图4 锚与光伏方阵连接示意图

4.2.10 固定锚运维

固定锚施工完成后，应根据水位变化情况，调节锚链长度，确保固定锚能有效固定光伏方阵。

（1）当水位上涨时，应松开锚链，调长锚链长度，使之与水位适应，避免方阵沉入水中产生安全隐患或固定锚悬空无法固定方阵；

（2）当水位下降时，应将锚链收紧，避免锚链过长，受风浪影响方阵左右摆动导致组件碰撞损坏。

5.质量控制措施

5.1 固定锚预制质量控制点

（1）锚内部结构组装时，锚爪螺栓须全部拧紧，不可出现松动。

（2）锚内部结构各零部件需严格按对应位置安装。

（3）锚模具四周须预留孔以供螺栓紧固（M12×30外六角），防止浇筑时模板涨开。

（4）锚浇筑时，需采用强度C30 混凝土浇筑，并按要求进行保养。

5.2 固定锚安装质量控制点

（1）锚安装位置应平整，且水深≥3m。

（2）锚定位放置水平误差需控制在±80 厘米以内。

（3）锚定位放置倾斜度需控制在5°以内。

（4）锚定位放置水平旋转偏差需控制在10°以内。

（5）美式卸扣上必须使用开口销，开口销必须是不锈钢材质的。

（6）当锚根据要求定位放置成功之后，每个锚上的锚链需使用记号标明顺序。

结语：

广西右江鱼梁库区里拉沟水面光伏项目采用水上漂浮式光伏支架浮筒固定锚施工技术，通过优化固定锚结构，有效提高光伏方阵抗风浪能力；研制预制模具，现场预制固定锚，省去了工厂预制运输工序，节约了运输成本；固定锚水上安装装置，可操作性强，使用时不受水位和操作面的影响，可精准安装固定锚施工质量优良，荣获中国安装工程优质奖。该技术适用于水上漂浮式光伏支架浮筒固定锚的安装，部分关键技术也可适用于水下设备就位安装。该技术灵活性强，效率高，安全稳定，具有广阔的推广应用前景。