漂浮式水上光伏混凝土锚块初步设计

根据国家能源局下发的《太阳能利用十三五发展规划(征求意见稿)》及2015年底我国光伏累计装机总容量，我国“十三五”期间每年光伏装机容量约为20GW。在大家都为这20GW的土地与屋顶资源犯愁的时候，水上光伏的潜力却还没有被充分挖掘。据统计，中国有9.1万km2的湖泊，其中1km2以上的有2700多个;8.6万座水库总面积超3842万亩。仅以淡水水域资源来看，如果铺满可以安装光伏电站1.5万GW，即使只有10%，也可以安装1500GW，因此水上光伏未来大有可为。

水上光伏基础根据水深的不同，主要分为预制混凝土管桩基础和漂浮式基础两种，漂浮式基础又主要分为：传统浮筒+支架基础和光伏专用一体化浮筒基础。上期小编介绍了光伏专用一体化浮筒基础水下混凝土锚块进行初步设计，本期小编仍以湖北省荆州市某水面为例，对传统浮筒+支架基础水下混凝土锚块进行初步设计。此种形式的光伏方阵仍是由一个个小的单元(一个阵列)组成，因此在实际计算时，化整为零，选取一个单元作为研究对象，进行混凝土锚块的初步设计。

图一(传统浮筒+光伏支架方案实景图)

图二(方阵排列图)

图三(光伏方阵单元)

1参考规范

《建筑结构荷载规范》GB50009—2012

《光伏电站设计规范》GB50797—2012

2荷载标准值计算

2.1恒荷载：

每块光伏组件的尺寸：1650mm×992mm×40mm

太阳能板质量：

支架重：5.3976KN

单个浮筒尺寸：500mm*500mm*400mm

浮筒总重：单个浮筒重7kg→86×7×9.8÷1000=5.9KN

恒荷载标准值：SGK=(4.3512+5.3976)*2+5.9=25.4KN

2.2风荷载：

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

项目所在具体位置：湖北荆州

基本风压：0.30KN/m2

地面粗糙度类别：A

风振系数βz=1.09

风压高度变化系数μz=1.0

组件与水平地面的角度θ=18°

负风压荷载体型系数μs=-1.3(根据GB50797-2012)

作用在组件上的逆风风荷载：

所以，作用在组件竖向方向的逆风风荷载：

F=Wk*S=-0.425×39.2832=-16.695kN

F向上=F*cos18°=-15.878kN

F水平=F*sin18°=-5.159kN

3荷载组合

最不利负载组合为：

1.0恒+1.4风

=1.0×25.4-1.4×15.878=3.171KN

4混凝土锚块配重初步设计

根据(1.0永久荷载-1.4*1.0逆风荷载)计算结果，

1.0×25.4-1.4×15.878=3.171KN>0

所以混凝土锚重块在竖向受力上无需特别考虑，只需考虑受水平风力时，混凝土锚块在水下不移动即可。

图四(混凝土锚块、锚绳设计)

水下锚块锚绳设计一般采用以上的形式。

由于混凝土锚块水下受力比较复杂，现假设一定的边界条件：

(1)不考虑水的阻力;

(2)混凝土锚块与水下地面的摩擦系数为μ=0.8;

(3)锚绳与水平面的夹角为45°;

由以上计算可知风的水平荷载F水平=-5.159kN

考虑到水的浮力问题，设混凝土锚块体积为V(混凝土的密度2500kg/m3、水的密度为1000kg/m3)，

要使用锚块不移动则：

5.159×1000×cos45°2≤0.8×(2500×V×9.8-1000×V×9.8)

V≥0.219

取V=0.219m3;

m=0.219×2500=547.5kg

则一个光伏单元可采用两个质量为547.5kg的混凝土锚块。

以上即为传统浮筒+支架基础混凝土锚块配重初步设计过程。