光伏陣區(qū)基礎(chǔ)形式對(duì)比研究

何凡

摘 要：光伏陣區(qū)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分，其基礎(chǔ)形式對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性具有重要影響。為了得出性價(jià)比較高的光伏發(fā)電區(qū)光伏支架基礎(chǔ)形式，從6個(gè)方面對(duì)光伏陣區(qū)常用基礎(chǔ)形式進(jìn)行評(píng)價(jià)。選取較為合適的2種基礎(chǔ)類型，從結(jié)構(gòu)耐久性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、環(huán)境保護(hù)等方面對(duì)不同基礎(chǔ)類型進(jìn)行評(píng)價(jià)，混凝土灌注樁和條形基礎(chǔ)的得分分別為54分和52分，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他基礎(chǔ)類型。對(duì)比灌注樁與螺旋鋼管樁基礎(chǔ)的施工成本可知，單個(gè)灌注樁與螺旋鋼管樁基礎(chǔ)的造價(jià)分別為307.2元和320.2元。根據(jù)光伏陣區(qū)共需要樁基礎(chǔ)173056個(gè)對(duì)樁基施工成本進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)與螺旋鋼管樁基礎(chǔ)相比，使用灌注樁基礎(chǔ)時(shí)工程成本降低了173 056元。

關(guān)鍵詞：光伏陣區(qū)；基礎(chǔ)形式；光伏支架；混凝土灌注樁；工程成本

中圖分類號(hào)：TM615? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2024）05-0103-03

0引言

隨著社會(huì)對(duì)可再生能源需求的日益增長(zhǎng)和全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，光伏發(fā)電已成為實(shí)現(xiàn)可再生能源利用的重要手段之一，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用[1]。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列的基礎(chǔ)形式對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性及使用壽命具有重要影響[2]。但不同地區(qū)的光伏電站建設(shè)面臨著不同的地質(zhì)條件和環(huán)境因素，因此選擇合適的基礎(chǔ)形式成為光伏電站建設(shè)的關(guān)鍵問題之一[3]。

通過對(duì)光伏陣區(qū)基礎(chǔ)形式的對(duì)比研究，可以深入了解各種基礎(chǔ)形式的優(yōu)缺點(diǎn)、適用場(chǎng)景及影響因素，有助于在光伏電站建設(shè)中選擇合適的基礎(chǔ)形式，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，降低建設(shè)成本和維護(hù)成本[4]。同時(shí)還對(duì)推動(dòng)光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。

潘帥等[5]分析灌注樁基礎(chǔ)在戈壁灘光伏項(xiàng)目中的施工難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，并提出了相應(yīng)的解決措施。莫桂梅等[6]分析了山地環(huán)境中光伏支架PHC樁基礎(chǔ)受力特點(diǎn)，并介紹了其關(guān)鍵施工技術(shù)?；诖?，為了得出既能滿足光伏發(fā)電區(qū)光伏支架承載力要求，又具有經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)形式，本文對(duì)光伏陣區(qū)常用基礎(chǔ)形式進(jìn)行了介紹，從6個(gè)方面對(duì)不同基礎(chǔ)類型進(jìn)行評(píng)價(jià)，并計(jì)算了不同基礎(chǔ)的工程成本，為類似工程提供指導(dǎo)和借鑒。

1工程概況

某光伏項(xiàng)目場(chǎng)址中心位于東經(jīng)85°3341”北緯45°5513”附近，場(chǎng)址海拔高程在290～330 m，場(chǎng)址地貌屬山前沖洪積平原，場(chǎng)地地形平坦、開闊，自然坡度約3.5%。地貌表現(xiàn)為荒草地，土地類型為未利用地。場(chǎng)址中心距離西側(cè)G217國(guó)道約9 km，距離東側(cè)鹽湖公路約3 km，交通便利。工程總用地面積約1 007 ha，工程規(guī)劃建設(shè)規(guī)模為光伏400 MW/479.41632 MWp+儲(chǔ)能80 MW/160 MWh。一期建成，25年年均發(fā)電量約為79355.57萬(wàn)kWh。本工程建設(shè)1座220 kV升壓站、400 MW/479.41632 MWp光伏發(fā)電場(chǎng)區(qū)及80 MW/160 MWh儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)，通過1回220 kV線路送出。

光伏發(fā)電區(qū)間包含128個(gè)子方陣，每個(gè)方陣由204個(gè)電池串組成，每個(gè)并聯(lián)支路由34塊540Wp電池組件串聯(lián)形成，每14～15個(gè)電池串經(jīng)過1臺(tái)直流匯流箱匯流后形成1個(gè)并聯(lián)支路，每個(gè)方陣的安裝容量為3745.44kWp，分為 14個(gè)并聯(lián)支路經(jīng)逆變升壓一體機(jī)將直流電壓逆變?yōu)榻涣?5 kV匯集線路出線，逆變器和箱變采用集成一體機(jī)設(shè)計(jì)。光伏組件支架采用固定式，支架結(jié)構(gòu)由主梁、次梁、前后立柱等構(gòu)成，側(cè)立面結(jié)構(gòu)形式為三角形，按傾斜角度40°設(shè)計(jì)。

2光伏陣區(qū)常用基礎(chǔ)形式

光伏陣區(qū)基礎(chǔ)在光伏電站建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用，其主要功能和作用包括：通過基礎(chǔ)的支撐，可以確保地面的平整度，從而提高光伏板的布置效率和整體美觀度。光伏陣區(qū)基礎(chǔ)通過深入土層，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)的重量得以傳遞到更深層的土壤或巖石之中，從而起到了承重的作用，確保光伏板的穩(wěn)固安裝。光伏電站設(shè)備需要承受沖擊風(fēng)載荷和應(yīng)變變形，基礎(chǔ)可以將這些荷載有效地傳遞到地基深層，提高了光伏板在強(qiáng)風(fēng)條件下的穩(wěn)定性。

目前光伏陣區(qū)中常用的基礎(chǔ)類型有條形基礎(chǔ)、螺旋鋼管樁基礎(chǔ)、混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)、灌注樁基礎(chǔ)等，不同基礎(chǔ)類型的特點(diǎn)如下。

2.1 條形基礎(chǔ)

混凝土條形基礎(chǔ)由多個(gè)同等寬度的混凝土條組成，寬度通常為20～50 cm，深度為基礎(chǔ)底面以下30～60 cm，混凝土條間距通常為1.5～3 m，根據(jù)不同的荷載可以適當(dāng)調(diào)整間距。將建筑物的承重墻、柱子等直接放在條形基礎(chǔ)上，使其承受建筑的重力以及風(fēng)荷載下的側(cè)向力。

混凝土條形基礎(chǔ)的穩(wěn)定性較好。由于混凝土條形基礎(chǔ)的梁柱直接支撐在基礎(chǔ)上，能夠更好地分散上部結(jié)構(gòu)的剪力，有助于提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。混凝土條形基礎(chǔ)的施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，易于操作，且在施工過程中不需要特殊的機(jī)械設(shè)備。相對(duì)于其他基礎(chǔ)形式，混凝土條形基礎(chǔ)的材料成本和施工成本較低，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。然而，混凝土條形基礎(chǔ)需要良好的地質(zhì)條件作為支撐，如果地質(zhì)條件不佳，可能會(huì)影響基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。混凝土條形基礎(chǔ)的施工需要經(jīng)過多個(gè)步驟，包括基坑開挖、墊層施工、鋼筋綁扎、模板支設(shè)、混凝土澆筑等，相對(duì)于其他基礎(chǔ)形式施工周期較長(zhǎng)。

2.2 螺旋鋼管樁基礎(chǔ)

螺旋鋼管樁基礎(chǔ)是一種常用于土壤較軟或具有一定地下水位的地區(qū)的基礎(chǔ)工程技術(shù)，主要由螺旋鋼管樁和連接件組成，通常通過擠壓或旋入地下而成為支撐建筑物的穩(wěn)固基礎(chǔ)。在地基較深處螺旋鋼管樁的直徑逐漸增大，形成一種“擴(kuò)孔”效應(yīng)，可以提高樁基在土壤中的抗壓和抗拔承載力。

此種基礎(chǔ)在安裝過程不需要大量的土方開挖，不會(huì)產(chǎn)生大量的土方運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境影響小，且施工需要的工具簡(jiǎn)單，可快速安裝，適用于包括軟土、淤泥、砂質(zhì)土等各種地質(zhì)條件，可以有效改善較差地基條件。螺旋鋼管樁可以通過增加樁長(zhǎng)和直徑來滿足不同建筑物的承載需求，具有優(yōu)良的承載性能，但此類基礎(chǔ)用鋼量較大，成本較高。

2.3 混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)

鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)是將建筑物的基礎(chǔ)支撐在獨(dú)立于地基的根基上的一種構(gòu)造方式。這種基礎(chǔ)通常由鋼筋混凝土或磚石材料制成，形狀為柱形，用于支撐上部結(jié)構(gòu)，如房屋、橋梁等。此類基礎(chǔ)承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、施工工藝簡(jiǎn)單且成本較低，但同樣存在對(duì)地質(zhì)條件要求較高、施工周期長(zhǎng)、廢料處理困難等問題。

2.4 灌注樁基礎(chǔ)

混凝土灌注樁基礎(chǔ)是一種就位成孔，灌注混凝土或鋼筋混凝土而制成的樁基礎(chǔ)。此類基礎(chǔ)通過樁的承載面積擴(kuò)大，使得地基承載能力得到有效提升，能夠更好地承擔(dān)上部荷載，保證地基的穩(wěn)定。通過合理布置樁基，可以分散荷載，減少地基承受荷載的壓力，避免因?yàn)榈鼗两刀鸬慕ㄖ锵鲁梁蛢A斜。混凝土灌注樁用鋼量較小，對(duì)原有環(huán)境破壞程度低，具有確保光伏支架基礎(chǔ)穩(wěn)定和高性價(jià)比的優(yōu)點(diǎn)，因此常用在光伏建設(shè)項(xiàng)目中。但此類基礎(chǔ)在施工時(shí)容易出現(xiàn)斷樁、縮頸、混凝土離析和孔底虛土或沉渣過厚等質(zhì)量問題。

3基礎(chǔ)的選擇

參考當(dāng)?shù)厥┕l件和地質(zhì)情況，可分兩個(gè)階段對(duì)光伏陣區(qū)樁基礎(chǔ)形式的選擇分析和評(píng)價(jià)。其中第一階段通過半定量評(píng)價(jià)5種樁基，得出兩種合適的樁型。在第二個(gè)階段從經(jīng)濟(jì)性的角度，定量對(duì)比分析兩種樁型的適用程度，選擇出更加適合項(xiàng)目的樁型。

在樁基選擇的第一階段里，可從以下6個(gè)方面對(duì)不同基礎(chǔ)類型進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別為：結(jié)構(gòu)耐久性（抗凍性與抗腐蝕性）、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（抗拔、抗壓、水平抗位移）、環(huán)境保護(hù)（不產(chǎn)生大量廢棄土、不破壞植被和環(huán)境）、經(jīng)濟(jì)性（工程成本）、施工進(jìn)度（能否機(jī)械化施工、施工速度）、支架兼容性（維護(hù)是否便利、安裝是否簡(jiǎn)單）。在對(duì)比評(píng)價(jià)時(shí)共設(shè)置4個(gè)等級(jí)，從低至高分別為4分（比較差）、6分（一般）、8分（良）以及10分（優(yōu)），不同基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)具體情況見表1所示。

經(jīng)過以上6個(gè)方面的比較，可知混凝土灌注樁和條形基礎(chǔ)的得分分別為54分和52分，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他基礎(chǔ)類型，表明這2種基礎(chǔ)形式更適合光伏支架。

通過第一階段的評(píng)價(jià)分析，得出眾多基礎(chǔ)類型中灌注樁和條形基礎(chǔ)較為合適。在第二階段對(duì)比分析上述兩種樁的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)螺旋鋼管樁基礎(chǔ)所需費(fèi)用進(jìn)行分析計(jì)算，其成本如表2所示，主要包括樁基礎(chǔ)加工費(fèi)、材料費(fèi)以及安裝費(fèi)用。當(dāng)前新疆地區(qū)的光伏項(xiàng)目還未使用過螺旋鋼管樁，因此參考同樣高海拔地區(qū)的使用螺旋鋼管樁的青海某光伏項(xiàng)目的價(jià)格進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)考慮到材料運(yùn)輸距離和施工效率的改變，在上述基礎(chǔ)上放大1.2倍。

對(duì)鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)所需費(fèi)用進(jìn)行分析計(jì)算，其成本具體見表3所示，主要包括混凝土材料費(fèi)、澆筑混凝土的費(fèi)用、鋼筋籠制作費(fèi)以及機(jī)械鉆孔費(fèi)。參考相近縣市光伏工程中灌注樁的造價(jià)進(jìn)行計(jì)算，鑒于參考項(xiàng)目與本文所研究項(xiàng)目的運(yùn)輸、施工條件大致相同，不再乘以相應(yīng)的系數(shù)。

經(jīng)過對(duì)比上述兩種樁的成本，能夠得出單個(gè)灌注樁與螺旋鋼管樁基礎(chǔ)的造價(jià)分別為307.2元和320.2元；根據(jù)光伏陣區(qū)共需要樁基礎(chǔ)173 056個(gè)對(duì)樁基施工成本進(jìn)行計(jì)算，得出與螺旋鋼管樁基礎(chǔ)相比，工程成本在使用灌注樁基礎(chǔ)時(shí)降低了173 056元，因此灌注樁基礎(chǔ)性價(jià)比更高。

4結(jié)束語(yǔ)

為了得出既能滿足光伏發(fā)電區(qū)光伏支架承載力要求，又具有經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)形式，對(duì)光伏陣區(qū)常用基礎(chǔ)形式進(jìn)行了介紹，從6個(gè)方面對(duì)不同基礎(chǔ)類型進(jìn)行評(píng)價(jià)，初步得出較為合適的2種基礎(chǔ)類型，并計(jì)算2種基礎(chǔ)的施工成本，主要得出以下結(jié)論：①?gòu)慕Y(jié)構(gòu)耐久性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、環(huán)境保護(hù)等6個(gè)方面對(duì)不同基礎(chǔ)類型進(jìn)行評(píng)價(jià)，混凝土灌注樁和條形基礎(chǔ)的得分分別為54分和52分，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他基礎(chǔ)類型，表明這2種基礎(chǔ)形式比較適合光伏支架。②對(duì)比灌注樁與螺旋鋼管樁基礎(chǔ)的施工成本可知，單個(gè)灌注樁與螺旋鋼管樁基礎(chǔ)的造價(jià)分別為307.2元和320.2元。根據(jù)光伏陣區(qū)共需要樁基礎(chǔ)173 056個(gè)對(duì)樁基施工成本進(jìn)行計(jì)算，得出與螺旋鋼管樁基礎(chǔ)相比，工程成本在使用灌注樁基礎(chǔ)時(shí)降低了173 056元，因此灌注樁基礎(chǔ)性價(jià)比更高。

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