1T/CSPSTCXXX—202X近海漂浮式水上光伏發電系統設計規范本文件規定了近海漂浮式水上光伏發電系統的站址選擇、太陽能資源分析、站區布置、電氣設計、結構設計等。本文件適用于新建、擴建或改建近海漂浮式水上光伏發電系統的設計。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T19666阻燃和耐火電線電纜通則GB20052三相配電變壓器能效限定值及節能評價值GB24790電力變壓器能效限定值及能效等級GB50009建筑結構荷載規范GB50016建筑設計防火規范GB50229火力發電廣與變電站設計防火規范GB50797光伏發電站設計規范GB51101太陽能發電站支架基礎技術規范GB51190海底電力電纜輸電工程設計規范GB/T712船舶及海洋工程用結構鋼GB/T1591低合金高強度結構鋼GB/T700碳素結構鋼GB50608海洋平臺結構物防腐技術規程GB/T7788船舶及海洋工程陽極屏涂料通用技術條件GB/T30790.5色漆和清漆防護涂料體系對鋼結構的防腐蝕保護GB50017鋼結構設計標準DL/T5044電力工程直流系統技術規程DL/T5136火力發電廠、變電所二次接線設計技術規程DL/T5222導體和電器選擇設計技術規定NB∕T10353太陽能發電工程太陽能資源評估技術規程NB/T10115光伏支架結構設計規程JTS144港口工程荷載規范JTS145口與航道水文規范2T/CSPSTCXXX—202X3術語和定義3.1近海nearshore指離陸地較近的海域，通常離岸距離50公里以內，水深在50米以內。3.2漂浮式水上光伏發電系統floatingphotovoltaicpowergenerationsystem采用浮體安裝光伏方陣的水上光伏發電系統。3.3浮式基礎floater漂浮在水面上用于安裝光伏發電系統(包括光伏組件、電氣設備等)的漂浮系統的單元。3.4漂浮式設備平臺floatingequipmentplatform漂浮在水面上用于安裝匯流箱、逆變器等關鍵電氣設備的單元。3.5系泊系統mooringsystem通過系泊纜將漂浮式水面光伏方陣與系泊點連接，使漂浮式水面光伏方陣具有抵御一定環境條件的能力，保證設計環境條件下的方陣穩定性及安全性。3.6系泊點/錨固點anchoringpoint為系泊系統提供水平力及豎直力的固定結構物。4基本規定4.1近海漂浮式水上光伏發電系統設計的基本規定應符合現行國家標準《光伏發電站設計規范》GB50797中的規定。4.2近海漂浮式水上光伏發電系統設計使用年限不低于25年。5站址選擇5.1近海漂浮式水上光伏發電系統的站址選擇規定應符合現行國家標準《光伏發電站設計規范》GB50797的規定及當地產業發展和海洋利用等相關規劃，不應損害所在規劃分區的基本功能。5.2選址應符合國土空間規劃確定的分區及用途管制要求，通過海洋行政主管部門、海事部門、漁業行政主管部門、軍隊、環境保護部門等的許可。5.3選址應評估海洋地質、水文等條件，包含風暴、潮汐、洋流、海冰、風暴潮、海水溫度、海水鹽度、海生物等。5.4選址應評估對海洋生態的影響，避開環境敏感區、珍稀鳥類、珍稀魚類棲息地及洄游路線。6太陽能資源分析6.1近海漂浮式水上光伏發電系統的太陽能資源分析應符合現行國家標準《光伏發電站設計規范》GB50797和現行行業標準《太陽能發電工程太陽能資源評估技術規程》NB∕T10353的規定。6.2進行太陽能總輻射量及其變化趨勢等太陽能資源分析時，應考慮包括水平面總輻射、水平面直接輻射、散射輻射、海面反射率和風速、風向、水溫、鹽度、水位、海冰、海浪、流速等因素，以及災害性天氣情況。6.3發電量分析時宜評估海浪引起浮體系統搖動而產生的發電量影響。7站區布置7.1站區總平面布置3T/CSPSTCXXX—202X7.1.1近海漂浮式水上光伏發電系統的站區總平面布置應根據電站生產運維、建設施工和生產生活的需要，結合站址及附近的自然條件和建設規劃。7.1.2近海漂浮式水上光伏發電系統的站區總平面設計應包括下列內容：a)漂浮式水上光伏方陣；b)海上升壓站或陸上升壓站；c)站內集電線路；d)海上就地逆變升壓站；e)海上施工運維檢修航道；f)海上其他防護功能設施（防浪、防雷、防火等）；g)陸上施工基地及運維碼頭。7.1.3光伏站區總平面布置應符合下列要求：a)布置范圍應結合海洋功能區劃和光伏電站外部條件等制約因素確定。b)海上升壓站位置和數量應根據光伏發電站建設規模、離岸距離、海底電纜登陸點及路徑、接入系統、海洋水文氣象、海床條件、運維和工程造價等因素綜合確定。c)陸上升壓站、集控中心以及海底電纜登陸點位置應根據岸線規劃、海底電纜路徑、接入系統、送出線路路徑、運維碼頭和光伏發電站運維條件等因素綜合確定。d)運維碼頭和施工基地位置應根據光伏發電站位置、航運條件及建設條件等因素綜合確定。7.1.4所有涉及陸上范圍的建筑物、構筑物及道路等的相關要求，應符合現行國家標準《光伏發電站設計規范》GB50797的規定。7.1.5光伏陣列布置對陽光的遮擋不應對海域生態有較大不利影響，應評估對光伏場區內海洋生態環境影響。7.1.6浮式光伏方陣應考慮波浪、海冰和積雪等惡劣天氣的防護措施。7.2光伏方陣布置7.2.1光伏方陣應根據海域紅線、設備特點和施工條件等因素合理布置。大、中型集中式光伏電站的光伏方陣宜采用單元模塊化的布置方式。7.2.2近海漂浮式水上光伏電站宜采用較小傾角正南布置組件，經技術經濟比較后確定方位角、傾角和陣列行距間距。7.2.3系統升壓變壓器可采用漂浮式設備平臺或固定式設備平臺布置于水面之上，且宜布置在靠近主要運維通道的區域。7.2.4光伏各方陣之間間距應綜合考慮海水水位、潮汐、水流、系泊布置、運維船只通行等因素，確保在最不利情況下不會發生碰撞或擱淺，在考慮礁石等突起物高度情況下，浮式基礎底部距水底最高處不宜小于1m，組件最低點距水面最小距離不宜小于30cm。7.2.5站區運維通道設計應考慮所有電氣設備的運維檢修要求，漂浮式光伏發電系統的水上檢修運輸通道寬度不宜小于30m。7.2.6漂浮光伏發電系統電纜的敷設方式應符合下列要求：a)電纜路徑宜沿浮式基礎甲板運維通道布置b)電纜敷設應充分考慮浮體浮動及偏移等影響，留有足夠裕度。c)電纜敷設在浮體上應采用穿波紋管或橋架敷設，橋架與浮體之間應采取防磨損措施。7.3站區設備監測及安全防護措施7.3.1近海漂浮式水上光伏發電站宜設置安全防護設施，包括：入侵報警系統、視頻安防系統和出入口控制系統，并能夠相互聯動。7.3.2站區四周宜設置水上隔離圍欄或標識物。8電氣設計8.1基本要求8.1.1電氣系統配置及設備選型應做到技術先進、安全可靠、經濟合理。8.1.2近海漂浮式水上光伏發電系統應做到無人值班，少人值守。若監控室位于海上，應做到無人值班，無人值守。4T/CSPSTCXXX—202X8.1.3海上電氣設備應選擇可靠性高、免維護或少維護的設備，并且能夠在濕熱、低溫、鹽霧、霉菌、振動等海上惡劣環境條件下滿足安全和穩定的要求。8.2主要設備選擇8.2.1近海漂浮式水上光伏的電氣主接線應根據水上光伏場的規劃容量、電壓等級、進出線回路數和離岸距離等，經技術經濟比較后確定。8.3光伏發電單元8.3.1近海漂浮式水上光伏發電系統的光伏發電單元的設計應符合現行國家標準《光伏發電站設計規范》GB50797的規定。8.3.2光伏系統宜采用雙玻組件或抗PID性能好的組件，當組件不具備防PID效應功能時，應采用具有防PID功能的逆變器或系統方案。8.3.3當組件傾角小于最佳傾角，組件間距較小時，不宜采用雙面發電組件。8.3.4匯流箱、組串式逆變器應能夠滿足太陽長期直射下的工作環境，且應具備在無遮擋條件下防雨、防水、防鹽霧的功能，否則應采取其它防護措施。8.3.5設備防護等級不得低于IP65。8.3.6應根據項目規模、水面情況、技術及經濟比較，確定漂浮式光伏方陣的一個升壓變系統單元。8.4電氣一次設備8.4.1海上的主要電氣設備選擇應遵循下列原則：a)能夠在無人值守條件下可靠運行b)能夠適應海上的運行環境。c)能夠適應設備在海上運輸、安裝及運行期的傾斜、搖晃及振動。8.4.2近海漂浮式光伏發電系統的變壓器設計應符合現行國家標準《光伏發電站設計規范》GB50797中的規定要求。8.4.3電力變壓器能效等級需符合現行國家標準《電力變壓器能效限定值及能效等級》GB20052的規定要求。8.4.4位于水面上的變壓器宜選用干式變壓器，可選用環保油類油浸式變壓器。8.5電氣二次設備8.5.1應符合現行國家標準《光伏發電站設計規范》GB50797中的規定要求。8.5.2通信組網用光纖應選用海底電纜復合單模光纖。8.5.3監控系統宜采用光纖以太網環網結構，并按照集電海底電纜的路由組網。8.5.4海上升壓站監控通信網絡應采用光纖以太網雙網結構。8.6電纜8.6.1海底電纜的設計需符合現行國家標準《海底電力電纜輸電工程設計規范》GB51190的規定要求。8.6.2海底電纜的形式應根據制造水平、輸送容量、電壓等級、路由寬度、施工條件、敷設能力和運行維護等因素確定。8.6.3海底電纜應選用銅導體。8.6.4海底電纜應采用光纖復合電纜。8.6.5海底電纜不宜有中間接頭。8.7接地8.7.1接地的設計需符合現行團體標準《水上光伏發電系統設計規范》T/CPIA0017中的規定要求。8.7.2接地材料宜選用銅導體。8.8電氣設備防腐8.8.1電氣設備防腐應符合現行國家標準《色漆和清漆防護涂料體系對鋼結構的防腐蝕保護》GB/T30790的規定8.8.2暴露在海洋大氣區的電氣設備的腐蝕等級不應低于C5-M級。9結構設計5T/CSPSTCXXX—202X9.1基本要求9.1.1漂浮式水上光伏結構設計應取得工程現場風速、海洋水文觀測、工程地質勘察、海域規劃、航道等資料。9.1.2浮式基礎、漂浮式設備平臺和系泊系統設計環境荷載重現期不宜低于50年。9.1.3荷載應符合光伏場區氣象條件和海上水文條件，荷載計算方法應符合現行國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009、現行行業規范《光伏支架結構設計規程》NB/T10115和《港口工程荷載規范》JTS144-1的要求。9.1.4結構設計應滿足在海洋環境條件下安全性、耐久性和功能性要求。，應計入波浪、風和水流等循環荷載長期作用下的結構損傷和腐蝕。9.2浮式基礎與結構9.2.1浮式基礎結構型式選擇應根據光伏場工程區域海洋水文、氣象、水深、地質條件、光伏組件荷載及施工能力，通過技術、經濟比選確定，并提出結構構件在建造、運輸、安裝和運行過程中的各項要求。9.2.2浮式基礎與結構設計應分析施工的可行性，減少海上施工作業工作量；結構平面、立面布置應規整，傳力途徑明確；重要構件和關鍵傳力部位應增加安全冗余。9.2.3浮式基礎與結構設計中，應明確結構設計使用年限、材料的規格型號及所要求的力學性能、化學成分、施工建造與現場安裝質量要求及其他保證措施，同時計入結構制作安裝、施工及建成后的環境、運行期維護等因素的影響。9.2.4浮式基礎主體結構應采用船舶與海洋工程用結構鋼或低合金高強度結構鋼，次要結構可采用低合金高強度結構鋼或碳素結構鋼。鋼材選用應符合現行國家標準《船舶及海洋工程用結構鋼》GB/T712、《低合金高強度結構鋼》GB/T1591和《碳素結構鋼》GB/T700的有關規定。9.2.5浮式基礎設計荷載，應包括施工期和運行期可能遭遇的風、波浪、海流、地震、冰、潮位等海洋環境荷載，以及運維船舶靠泊與碰撞、海生物附著荷載。9.2.6施工狀況復核時，海況設計標準的重現期不宜低于5年。9.2.7環境荷載特征參數應根據實測資料統計分析確定，場區邊界條件復雜時還應結合數值模擬計算或物理模型試驗成果確定。9.2.8海上光伏工程的海況可采用波浪參數或波浪譜表示。9.2.9對表觀波周期Tapp、波高H、平均水深d、波長L的波浪，可使用合適的波浪理論來計算波浪運動。波浪荷載計算中常用的流函數、Stokes5階波和線性波理論的適用范圍宜按圖1確定。③~⑨——為流函數的階數圖1流函數、Stokes5階波和線性波理論的適用范圍9.2.10應根據結構物的類型、形狀和尺寸，選擇合適的波浪理論。對細長形結構，宜采用莫里森公式計算波浪荷載；對大體積結構，波浪的運動受結構物干擾，可采用波浪繞射理論分析計算波浪荷載。9.2.11僅計入海流作用時，設計海流流速應采用使用期間可能出現的最大流速，其值應根據現場實測資料整理分析后確定。9.2.12計算波浪和海流共同作用時，宜采用海流影響下的波浪要素。6T/CSPSTCXXX—202X9.2.13結構、構件的波流力共同作用計算，可按現行行業標準《港口與航道水文規范》JTS145的有關規定執行。9.2.14對波流荷載作用較為敏感的細長構件，應避免可能由波流荷載引起的渦激振動。9.2.15海上光伏工程的設計潮位應包括設計高水位、設計低水位、多年平均海平面、極端高水位、極端低水位。9.2.16設計高水位應采用高潮累積頻率10％的潮位或歷時累積頻率1％的潮位，設計低水位應采用低潮累積頻率90％的潮位或歷時累積頻率98％的潮位。9.2.17極端高水位應采用重現期為50年的年極值高水位；極端低水位應采用重現期為50年的年極值低水位。9.2.18對位于固定冰海域或流動冰海域的漂浮式光伏結構，應調查工程海域的海冰條件，并評估海冰特征參數。9.2.19海上光伏工程的海冰設計標準，應結合工程海域海冰調查和歷史嚴重冰情以及光伏浮體結構的使用要求確定，海上光伏工程的海冰設計重現期宜采用50年。9.2.20附著于漂浮光伏基礎上的海生物種類、厚度、密度、分布范圍等參數可根據工程場區及周邊區域調查資料得到。9.2.21海生物將導致結構重量的增加，采取附加質量法計算時，宜根據工程場區及周邊區域調查資料，確定海生物生長輪廓線。9.3系泊系統9.3.1基本要求9.3.1.1系泊系統設計應滿足光伏發電系統定位要求，并與集電線路電纜設計相協調。9.3.1.2系泊系統設計應進行數值仿真分析，宜通過模型試驗驗證及實際工程試驗項目驗證。9.3.1.3系泊系統選型應考慮環境條件、基礎型式、運動響應、定位要求、老化與腐蝕、施工條件等9.3.1.4系泊系統設計應考慮完整極限工況、破損極限工況、疲勞工況；對于吸力錨，還應考慮錨安裝工況、錨拆除工況、建造工況和運輸工況。9.3.2系泊系統設計9.3.2.1系泊系統設計應考慮漂浮式海上光伏陣列的運動、系泊張力、隨機響應特征、疲勞壽命、材料老化與腐蝕、受力集中等因素。9.3.2.2系泊系統設計環境荷載及浮式基礎運動滿足下列要求。a)作用于光伏陣列的風載荷應按現行行業規范《光伏支架結構設計規程》NB/T10115的有關規定計算，風荷載應考慮光伏陣列的體型系數。b)海流荷載效應可按定常力考慮，海流荷載可由模型試驗或者數值計算得到。c)波浪荷載可由模型試驗或者數值計算分析。d)對于有結冰現象的水域需考慮冰載荷對系泊系統的影響。e)波頻運動和低頻運動應由模型試驗或者數值計算分析求得，波頻運動可與低頻運動分開計算。f)系泊系統設計應考慮海生物對系泊索重量、水動力直徑、拖曳力系數等影響。g)錨固系統可進行受力系統模擬仿真計算來選擇適宜的錨固方案和錨點布置。根據漂浮式光伏方陣環境載荷、錨固數量、錨繩布置角度、錨繩余量等設計參數進行仿真模擬計算，確定光伏方陣的設計系泊力、方陣偏移量及偏轉角度等。9.3.2.3系泊分析方法滿足下列要求：a)靜態偏移應采用準靜力分析法；b)計算動態系泊荷載時變效應可采用頻域分析法或時域分析法；c)系泊分析應考慮對系泊索有重要影響的非線性效應。9.3.2.4疲勞分析方法符合下列規定：a)系泊索的疲勞分析應采用S-N或T-N曲線方法；b)累積疲勞損傷比D的計算可參照；c)累積疲勞損傷比D應按式（1）計算。D=Σ（1）7T/CSPSTCXXX—202Xn——張力/應力幅值i對應的循環次數；N——根據T-N/S-N曲線定義的標準張力/應力幅值i對應的循環次數。9.3.2.5系泊系統設計衡準符合下列規定。a)應根據漂浮方陣的間距以及距離其他障礙物的間距對陣列許用最大位移做出規定，應盡量減小陣列的旋轉角度，保證系統的發電量。b)系泊張力的極限可表示為系泊組件的最小破壞強度的一個百分比；最小破壞強度可由系泊纜的破斷強度定義，也可通過破斷荷載測試所確定。c)系泊張力安全系數應由設計工況及所采用的系泊分析方法確定，在分析時應考慮系泊索的腐蝕和磨損裕量。d)張力安全系數F可按式（2）計算。F=（2）F——張力安全系數；PB——為系泊索考慮腐蝕和磨損折減后的最小破斷強度，單位為千牛（kNTmax——為系泊索最大張力，單位為千牛（kN）。e)當采用準靜力分析法和動力分析法時，系泊索張力的安全系數不應小于表1的規定值。表1系泊索張力的安全系數設計工況分析方法安全系數完整極限工況準靜態2.0完整極限工況動態破損極限工況準靜態破損極限工況動態f)系泊索部件疲勞安全系數不應小于表2的規定值。表2系泊索部件疲勞安全系數系泊系統冗余性可檢測部分不可檢測且關鍵部分冗余設計25非冗余設計3g)當選用抓力錨的情況下，系泊系統達到破損條件下的最大偏移時，系泊索應仍有一段與海底接觸。h)在系泊系統完整狀態下，跨越管線的系泊索與管線之間應有至少10m的垂向/水平間距；若管線有保護措施，系泊索與管線可發生一定的接觸，但接觸點應避免發生在系泊索猛烈擺動的區域。i)系泊索相互跨越的情況下，跨越段一根系泊索躺底時，系泊系統完整條件下兩根系泊索間跨越段的垂向間距不應小于10m；系泊索在跨越段均是懸浮狀態時，系泊索在跨越點的垂向間距不應小于20m。j)系泊系統與其他海洋結構物的水平間距不應小于10m。k)其他海洋結構物位于漂浮式海上光伏浮式基礎與錨拖動的路徑上時，最終錨的位置與該結構物的距離不應小于50m。9.3.3系泊設備選型9.3.3.1系泊索可采用錨鏈、鋼絲繩、合成纖維繩或其組合形式。9.3.3.2錨固基礎的型式應根據工程條件、生產能力、施工工藝等綜合因素選擇，同時應滿足可靠性和經濟性的要求。9.3.3.3錨固基礎按錨的類型可分為：拖曳埋置錨（抓力錨）、樁錨、吸力樁和吸力沉箱、重