CN210469161U - 一种全漂浮式水上光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全漂浮式水上光伏发电系统，包括发电系统设备及浮台；所述发电系统设备包括光伏阵列组件、箱逆变一体机、一次设备预制舱、二次设备预制舱、SVG装置、接地变装置、GIS装置及主变压器；所述浮台包括光伏阵列浮台、箱逆变浮台、电缆通道浮台、开关站浮台、升压站主变浮台；所述光伏阵列组件设置在所述光伏阵列浮台上，所述箱逆变一体机设置在所述箱逆变浮台上，所述一次设备预制舱、二次设备预制舱、SVG装置、接地变装置及GIS装置设置在所述开关站浮台上，所述主变压器设置在所述升压站主变浮台上。本实用新型的水上光伏发电系统将整个光伏电站都布置在浮台上，不占用土地资源，大大减少征地费用。

Description

一种全漂浮式水上光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及水上漂浮光伏电站发电技术，具体来说，涉及一种全漂浮式水上光伏发电系统。

背景技术

可再生能源是我国重要的能源资源，在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、促进经济发展等方面发挥了很大作用。而在全球能源安全和气候变化问题日益严峻的形势下，太阳能发电日益受到世界各国的高度重视，战略地位不断提高。我国西北部地区地广人稀，太阳能资源丰富，拥有大量未利用土地，过去几年大规模建设大型并网光伏电站，但由于这些地区非用电负荷中心，电能无法消纳，已出现严重弃光限电现象。而华北、华中地区太阳能资源较好，又是用电负荷中心，受土地性质的制约，土地开发难度大，不能大规模发展。而在华南和华东，土地资源更加紧张，因而产生了一些利用水塘、湖泊、水库等水域面积建设光伏电站。渔光互补的方式受水深、成本的限制，不能大面积发展。而水上漂浮光伏电站不受水深限制，可建设在多种水体之上，无论是天然湖泊、人工水库还是采煤沉陷区、污水处理厂，只要有一定量的水域即可进行设备安装。

水上漂浮光伏电站技术在国外发展的较早，早在2011年美国《科学日报》就有了关于漂浮式电站的报道，日本是世界上水上漂浮式光伏电站实际应用最早最多的国家。国内目前虽起步较晚，但出于蓬勃发展的趋势，近几年也建设了不少漂浮式光伏电站。与传统光伏电站相比，漂浮式光伏电站是将光伏电站安装在水面漂浮体上，除不占用土地资源、有利于人们生产生活之外，水体对光伏组件及电缆的冷却也可有效提高发电效率。漂浮式光伏电站还能通过覆盖水面降低蒸发量、抑制水中微生物的成长进而实现对水质的净化，对水产养殖和日常渔获有益无害。我国水域辽阔，可以大力发展水上漂浮光伏电站。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种全漂浮式水上光伏发电系统，使光伏组件、汇流箱、箱逆变、开关站、110kV升压站、电缆通道都布置在浮筒平台上面，整个光伏电站漂浮在水面上。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种全漂浮式水上光伏发电系统，包括发电系统设备及浮台；所述发电系统设备包括光伏阵列组件、箱逆变一体机、一次设备预制舱、二次设备预制舱、SVG装置、接地变装置、GIS装置及主变压器；其特征在于：所述浮台包括光伏阵列浮台、箱逆变浮台、电缆通道浮台、开关站浮台、升压站主变浮台；所述光伏阵列组件设置在所述光伏阵列浮台上，所述箱逆变一体机设置在所述箱逆变浮台上，所述一次设备预制舱、二次设备预制舱、SVG装置、接地变装置及GIS装置设置在所述开关站浮台上，所述主变压器设置在所述升压站主变浮台上；在光伏阵列浮台与箱逆变浮台之间、箱逆变浮台与开关站浮台之间、开关站浮台与升压站主变浮台之间，分别设置所述电缆通道浮台。

所述升压站主变浮台为双层浮台。

所述光伏阵列浮台由多个浮箱拼接而成。

所述光伏阵列浮台采用一体化浮箱型式或独立浮筒型式。

所示箱逆变浮台采用预制混凝土漂浮平台或钢结构平台。

所述开关站浮台和升压站主变浮台采用预制混凝土漂浮平台或钢结构平台。

所述电缆通道浮台上的电缆通过浮箱固定、设置桥架的方式敷设。

与现有技术相比，采用本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型根据发电设备的各组成部分特点，针对性的设计了特定数量的浮台，并根据特定的结构浮台对特定的设备进行漂浮固定，使整个发电设备合理的全部的分布在水平上，全漂浮式水上光伏发电系统颠覆了地面电站的传统性，完全不占用土地资源，减少征地费用。电气设备预制舱化，浮台可拖移至合适位置进行定位和优化，优化了光伏阵列布置，有效减少电缆用量。

附图说明

图1是本实用新型的水上漂浮光伏电站平台示意图。

图中，1、光伏组件；2、光伏阵列浮台；3、电缆通道浮台；4、逆变升压浮台；5、箱逆变一体机；6、开关站浮台；7、一次设备预制舱；8、二次设备预制舱；9、SVG装置；10、接地变装置；11、升压站主变压器浮台；12、GIS装置；13、主变压器。

设备浮台由一个个浮箱拼接而成，以光伏阵列浮台2为例，详见图2：

图2是光伏阵列浮台2的平面布置图，

图中，1、光伏组件；14、浮箱。光伏阵列浮台2由多个浮箱14拼接组成。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细说明：

如图1所示，本实用新型用于全漂浮式水上光伏发电系统，由光伏组件1、光伏阵列浮台2、电缆通道浮台3、箱逆变浮台4、箱逆变一体机5、开关站浮台6、一次设备预制舱7、二次设备预制舱8、SVG装置（无功补偿装置）9、接地变装置10、升压站主变浮台11、110kV GIS装置（气体绝缘组合电器设备装置）12、110kV主变压器13组成。光伏组件1和汇流箱布置在光伏阵列浮台2上，汇流后直流电缆通过浮箱内线缆专用沟槽和电缆通道浮台接至箱逆变一体机5，升压后高压电缆通过电缆通道浮台接至一次设备预制舱7内开关柜，通过开关柜接至110kV升压站进行二次升压后送出。

其中开关站浮台6上布置有一次设备预制舱7、二次设备预制舱8、无功补偿装置9、小电阻接地装置10和110kV GIS配电装置。

升压主变压器重量较大，且荷载集中。荷载方案需单独考虑，主变压器13采用双层浮台11的承载方案设计。

如图2所示，图2为组件浮台的平面布置图，浮台都是由多个浮箱拼接而成，如光伏阵列浮台2由多个浮箱14拼接，光伏组件1以固定支架的形式布置在浮箱拼接的浮台上面。

本实用新型全漂浮式水上光伏发电系统，包括漂浮在水面上的光伏阵列浮台、逆变升压浮台、开关站浮台、110kV升压站主变浮台、电缆通道浮台及放置在浮台上的组件、电气设备、电缆等，整个光伏电站都布置在浮台上，不占用土地资源，减少征地费用。浮台载着组件和电气设备浮在水面。锚固采用配重锚固、专用锚锚固或桩锚固的形式，以确保浮台移动幅度不超过一定的范围以上。

在光伏阵列浮台上放置组件、汇流箱和直流电缆，直流电缆通过浮箱内线缆专用沟槽固定的方式敷设。逆变升压浮台上放置箱逆变一体机。高压电缆敷设采用电缆通道浮台上敷设的方式，线缆设计时应根据水位的变化充分考虑线缆长度的余量，此外还应根据水域的自然环境来确定电缆护套的材料。漂浮式开关站平台上集中放置一次设备预制舱、二次设备预制舱、SVG装置、接地变装置和110kV GIS装置。漂浮式110kV升压站主变浮台上放置主变压器，电站采用模块化智能预制舱式设计。设计漂浮平台时，需计算最不利工况下的承载力、倾覆力、连接锚固力、吊装验算等，并考虑其耐久性和经济性。

光伏阵列浮台采用一体化浮箱型式或独立浮筒型式，一体化浮箱型式采用高密度聚乙烯专用浮箱为浮体，浮箱制作的角度非组件最佳倾角，该型式仅用少量的钢连接片，模块化设计，无需设计钢支架，成本较高。独立浮筒型式采用镀锌钢构件或铝合金钢构件连接，可实现最佳倾角，浮箱仅作为浮体承受浮力，较大的水平力由金属支架承担，受力更合理。

目前投入运行的水上漂浮光伏电站中，光伏阵列浮台、逆变升压浮台、开关站浮台和电缆通道浮台已普遍投入使用中。但是110kV升压站由于重量较大且重心分布不均，会导致浮台受力不均，对升压站内荷载较集中的主变压器，需单独设置1个双层浮台来增加承载力。

主变压器根据各厂家参数稍有差别，约在90吨左右。因荷载相对集中，针对主变压器平台需进行特殊考虑，为保证平台顶端距离水面保持0.5米距离，且要保证主变压器和浮台的重量小于它受到的浮力，针对主变压器浮台需进行加高处理。单层浮台尺寸为9m（长）×6m(宽) ×1.5m（高），重量约为20吨。单层浮台的浮力F浮=ρ液gV排=10³kg/m³×10N/kg×9×6×1.5 m³=81×10⁴N,即单层浮台在顶端靠近水面的情况下，所能承受的主变压器的重量仅为81吨，不符合要求。需加高采用双层浮台，通过上下两层浮台拼接，总高为1.5m×2=3m。双层浮台顶端距离水面0.5米距离时的浮力F浮=ρ液gV排=10³kg/m³×10N/kg×9×6×（3-0.5）m³=135×10⁴N，即双层浮台承重为135吨，满足主变要求。

开关站一次设备、二次设备、接地变、SVG装置和110kV GIS装置采用模块化预制舱式设计，无裸露电气设备，配良好的外壳保护，具有安全可靠、占地面积小、布局灵活等优点。

升压站浮台就近布置于光伏厂区内，可以减少高压输电线路、提升电站整体发电效率、降低升压站投资。

以容量为5MWp的光伏电站为例，设计4个发电单元，每个发电单元配置1台1.25MW的箱逆变一体机，升压后T接至开关站。计算得，每个发电单元需布置4176块300Wp多晶双面组件，每块组件重量为24.6kg，组件均匀布置在光伏阵列浮台上，浮台受力均匀。1.25MW箱逆变一体机重量为9.5t，重量较大且荷载集中分布，需单独设置基础浮台。4台箱逆变一体机分散布置在光伏阵列中间，可大大减少直流电缆的用量，有效降低直流电缆线损。因此4个箱逆变浮台可在光伏阵列组装完成后，拖移至合适位置进行优化。

开关站浮台上二次设备预制舱内设置有操作台和微机监控系统，重量约为30吨；一次设备预制舱重量约为45吨，110kV GIS装置预制舱重量约25吨，SVG和接地变预制舱重约15吨，预制舱占地面积较大，荷载不集中，对浮台没有特殊要求。110kV主变重量约90吨，荷载集中，需单独设计双层浮台。

Claims (7)

1.一种全漂浮式水上光伏发电系统，包括发电系统设备及浮台；所述发电系统设备包括光伏阵列组件（1）、箱逆变一体机（5）、一次设备预制舱（7）、二次设备预制舱（8）、SVG装置（9）、接地变装置（10）、GIS装置（12）及主变压器（13）；其特征在于：所述浮台包括光伏阵列浮台（2）、箱逆变浮台（4）、电缆通道浮台（3）、开关站浮台（6）、升压站主变浮台（11）；所述光伏阵列组件（1）设置在所述光伏阵列浮台（2）上，所述箱逆变一体机（5）设置在所述箱逆变浮台（4）上，所述一次设备预制舱（7）、二次设备预制舱（8）、SVG装置（9）、接地变装置（10）及GIS装置（12）设置在所述开关站浮台（6）上，所述主变压器（13）设置在所述升压站主变浮台（11）上；在光伏阵列浮台（2）与箱逆变浮台（4）之间、箱逆变浮台（4）与开关站浮台（6）之间、开关站浮台（6）与升压站主变浮台（11）之间，分别设置所述电缆通道浮台（3）。

2.根据权利要求1所述的全漂浮式水上光伏发电系统，其特征在于：所述升压站主变浮台（11）为双层浮台。

3.根据权利要求1所述的全漂浮式水上光伏发电系统，其特征在于：所述光伏阵列浮台（2）由多个浮箱拼接而成。

4.根据权利要求1所述的全漂浮式水上光伏发电系统，其特征在于：所述光伏阵列浮台（2）采用一体化浮箱型式或独立浮筒型式。

5.根据权利要求1所述的全漂浮式水上光伏发电系统，其特征在于：所示箱逆变浮台（4）采用预制混凝土漂浮平台或钢结构平台。

6.根据权利要求1所述的全漂浮式水上光伏发电系统，其特征在于：所述开关站浮台（6）和升压站主变浮台（11）采用预制混凝土漂浮平台或钢结构平台。

7.根据权利要求1所述的全漂浮式水上光伏发电系统，其特征在于：所述电缆通道浮台上的电缆通过浮箱固定、设置桥架的方式敷设。

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