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光伏“特种部队”:柔性支架全解析

太阳能光伏支架11周年

柔性支架正在“接管”复杂地形电站。 2021年起,国电投、华能、华电、中电建、国电南自、国家能源、大唐、苏美达等业主已经开始在山地、水上(含渔光和污水池)项目中使用柔性支架。 柔性支架具有大跨度、高净空,耗材少…

柔性支架正在“接管”复杂地形电站。

2021年起,国电投、华能、华电、中电建、国电南自、国家能源、大唐、苏美达等业主已经开始在山地、水上(含渔光和污水池)项目中使用柔性支架。

柔性支架具有大跨度、高净空,耗材少的特性,吸引了诸多太阳能光伏支架厂商的参与,除固定太阳能光伏支架龙头国强兴晟能源之外,还有中信博、品尚、光翔、华成电力等企业,此外渔光电站龙头通威新能源也自己开发了柔性支架,并应用在自己的渔光项目中。

根据索比咨询统计到的20个约1.5GW柔性支架项目中,山地占70%,渔光和水面占30%,预计目前国内柔性支架总安装量不少于3GW。

索比光伏网了解到,柔性支架市场近期需求旺盛,主要是因为西南、云贵一带,大坡度山地项目常规固定支架安装无法正常进行,其二是常规地形光伏用地面积不够,利用柔性支架大跨度适应坡地的特性解决每个山地项目都会出现的用地不够的问题;同时湖南、湖北、江西以及沿海的渔光等光伏与其他产业结合的项目,柔性支架可以有效满足高净空和减少桩基的需求。

柔性支架,也让很多原本无法建设的项目,如高速公路上方、坡度过大的山地项目,焕发活力,可谓“将不可能变为可能”。

除最大化提升土地空间利用率之外,柔性支架还具备预装性强缩短工期、复杂地形发电量更高的、灵活可调节的特点,可谓太阳能光伏支架中的“特种部队”。

挑战和解决方案

柔性支架用钢量少,因此也被业内一般认为成本更低。但国强兴晟能源技术负责人表示,由于柔性支架仍然处于技术逐步完善和行业标准修订阶段,市面上的柔性支架种类多样以及质量的参差不齐,价格变化区间大;加之柔性支架系统成本也与可利用单列长度和净空高度有直接关系,导致柔性支架单瓦成本从0.2元/瓦—0.6元/瓦变化都属于合理区间;作为国内太阳能光伏支架龙头企业在这方面会更加谨慎,在构造设计上的合理裕量以及索具、锚具上冗余设计会考量更多。”他表示随着技术进一步成熟,柔性支架的应用将逐渐规范,产品也将更加可靠,成本将更加合理。

其实柔性支架并非全新技术,十几年前就已经出现,但发展滞后于刚性支架,主要原因有如下几点:


专用的索具、锚具供应链未形成光伏产业配套:50%左右的物料借用桥梁标准产品,标准高于光伏应用,成本相比固定支架无优势;所以早些年柔性支架更多在污水处理厂和农业大棚上试点应用居多。

施工要求高:需配套相应专用工具,行业产品发展前期施工造价上浮明显。

应用场景需求不够迫切:早期对西南山地、中国南方水面光伏应用开发的市场占比少。

可靠性担忧:没有案例经验,没有规范;索25年耐腐蚀、索力的损失,锚具的可靠性,疲劳的影响,索端力放大系数取值等等到目前未完全解决的问题。

索比光伏网认为,目前柔性支架逐步成熟,市场份额不断扩大,是行业技术与外部技术共同进步,跨界融合的结果。

步入成熟期

江苏国强兴晟公司是全国领先的太阳能光伏支架企业,隶属于中国民营企业500强江苏国强集团,是全国少有的全品种全系列的太阳能光伏支架生产企业,拥有江苏溧阳、河北唐山、河南信阳、甘肃嘉峪关四大制造基地,五大生产厂区布局,拥有45GW的波峰年产能,全球累计交付量突破60GW,拥有全球员工1700余人。

国强兴晟公司生产车间

从2021年开始,江苏国强兴晟开始从事柔性支架的研发,依托在常州、苏州研发基地,与“东南大学”、“华南理工”、“石家庄铁道大学”、“瑞士理工”等多家国内外知名科研院所建立了深度合作关系,形成了产学研三位一体的运作模式,为公司核心竞争力建设、中长期发展奠定了坚实的基础。

技术负责人介绍,在研发之初,公司就将重心放在解决柔性支架的产品可靠性和工程施工便捷挑战上,通过与高校索方面的资深专家合作对现有产品的分析、优化,保证产品构造的先进性,以及严苛的寿命测试,保证柔性支架的可靠性。

其中一位专家,更是参与了闻名全球的“中国天眼”工程。根据公开资料显示,“天眼”望远镜周围,有6座最高达168米的支撑塔,通过6条钢索将30吨重的馈源舱悬吊在球面的中心。这6条钢索每根长600多米,直径46毫米,重量达6吨。这个索驱动工程是目前世界上建成的最大跨度的柔索牵引并联机构。

“桥梁、建筑的索技术成熟度远超光伏,而且也经过了时间的认证。”这位负责人说。“随着高强度索材的发展,空间索结构在桥梁、建筑行业中应用已经十分广泛,在诸如悬索桥、斜拉桥、体育场馆、会展中心等公共建筑中非常活跃的结构形式。索作为张拉结构应用在光伏行业具有显著的优点,例如:降低结构用钢量、结构轻盈通透、施工方便快捷

知名的悬索桥美国“金门大桥”已经经受了80多年的风雨洗礼,仍然状况良好;1995年12月20日,我国首座现代化大型悬索桥——海湾大桥在汕头竣工,迄今已27年。这些都说明,经过合理设计的悬索结构是能够经受气象与时间的挑战的。

在技术路线上,柔性支架大体可分为单层悬索体系、双层索系(承重索+稳定索)、以及更为复杂的反向张拉防风索网结构;预应力索网、混合体系、张弦(梁、桁架)+索拱、弦支穹顶、横向加劲+等几种结构。目前主流的大跨距预应力悬索柔性支架结构型式包含承重、组件索、索桁架间撑杆、桩柱、边锚系统、钢梁、索桁架撑杆等关键部分。

国强兴晟推出的新型双索交叉弦支技术。新型双索交叉弦支柔性太阳能光伏支架体系由上层两根平行布置的安装索和下层两根端部交叉布置的承重索,以及中间间隔布置的三角形支撑组成,同时可以通过前后联系桁架组成阵列布置。

兴晟新型双层索柔性支架具备如下特点:

■ 近40m大跨距设计,适合农光以及渔光等架高光伏项目;

■ 减少桩基用量:每兆瓦用桩量低至100支内;


抗风能力强:下层采用特有的双索,喇叭口的张悬结构;有效提升整体抵抗风荷载水平力的能力,前后排桁架式连接,以及上、下双层索结构,有效减少大跨度结构的悬垂比、提升支架整体抗风能力

■ 适应大倾角:可使组件倾斜角度实现更大倾角,提升发电量;

■ 安装简单:通过特殊张拉结构、螺牙连杆实现钢绞线的张紧调节;

■ 减少桩基施工难度:以柱顶为所有索的张拉节点,减少大截面梁等构造安装时的定位难度;

■ 成本更低:通过优化结构,优化钢绞线布置方式等,在减少桩基用量情况下,比传统电站减少2~5%的投资成本;

兴晟公司还针对柔性支架进行了节点等零部件的优化,并配套了相应的施工与检测方案,随着索结构施工技术的发展,复杂的拉索结构通常采用无支架安装方法,即在地面组装完成(包括部分节点和杆件)、空中牵引提升(形成安装作业空间后,可在空中累积安装部分杆件)、高空张拉成形三个步骤。

随着柔性支架近些年的逐步成熟,国强兴晟公司目前在云南寻甸、荣乌高速、江西怀高等地以及通威柔性支架0EM形式都进行了广泛应用。2023年柔性支架总体装机容量在2GW以内;伴随产品的成熟、系统成本的优势凸显,以及柔性支架统一标准的出现,产品有望在将来分化现在固定支架的市场。

2022年9月,由中国光伏行业协会团体标准《光伏柔性支架设计与安装技术导则》(以下简称“《标准》”)顺利通过会议预审,加快了柔性支架的技术化、标准化进程。涵盖柔性支架设计规定、荷载和作用组合、结构体系、构件设计、连接和节点、支架基础设计、防腐、安装等多个方向,结合现有柔性支架行业等特点,因地制宜进行了编制工作,对柔性支架的设计及安装具有指导意义。

而在相关标准逐步成熟之后,柔性支架的市场规模也有望进一步增长,预计2023年柔性支架的总装机将达到2GW,在“上山下水”的特殊应用场景发挥独特的优势。

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作者: bracket

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