（已压缩）高海拔及山地光伏电站的设计挑战与破局之道-电建成都院

目录 01 公司新能源业务Company new energy business 02 高海拔及山地光伏电站场区设计 Site Design for High-altitude and Mountainous Photovoltaic Power Plants 03 高海拔及山地光伏电站升压站设计 Highaltitudeandmountainphotovoltaicpowerplant boosterstationdesign 04 高海拔及山地光伏电站复杂地质条件解决方案 Solutions for Complex Geological Conditions in High-altitude and Mountainous Photovoltaic Power Plants 05 高海拔及山地光伏电站环境影响评价与生态修复 Environmental Impact Assessment and Ecological Restoration in High- altitude and Mountainous Photovoltaic Power Plants 06 典型项目 Typical Project 01 / PART ONE ‣主营业务型 打造成为新能源业务领域全产业链一体化集成服务能力工程公司 Page 8 主要负责成都院新能源业务的市场营销、勘测设计和工程建设管理工作，以及相关业务的发展规划、技术策划和合同履约，业务范围主要包括风力发电、太阳能发 电、生物质能发电、综合能源利用、储能等。 成勘院新能源工程分公司 PART ONE 基 本 概 况 风力发电 太阳能发电 生物质能发电 综合能源利用 储能 ‣四川省高海拔及山地光伏占比 ‣高海拔及山地光伏电站场址特点 ‣高海拔及山地光伏电站整体设计策略 Page 47 夜间和冬季温度可能降至零度以下。白天日照快速升温，夜间因空气稀薄 散热快，导致昼夜温差大。01气候寒冷 大气压力降低，氧气含量减少。易引起高反，设备效率和散热降低。02空气稀薄 低温和缺氧环境，植物种类较少，生态脆弱，一旦破坏难以恢复。 空气稀薄，紫外线穿透力强，设备材料加速老化，皮肤易造成灼伤。 强风、冰雹、雷暴、暴雪等极端天气多发，冬季风力强劲，积雪 和冻融常见。 03紫外线辐射强 04极端天气频繁 05植被稀疏 多为山地、峡谷、高原或冰川地形，地势起伏较大，冻土广泛分布。地震、 滑坡、泥石流等地质灾害风险较高。06地形复杂 四川省日照分布的基本特征是高原多、盆地少，川西高原是我省也是全国太阳能资源最丰富的地区之 一。全省光伏已建及规划集中式光伏场址大多集中在三州一市地区，其中70以上规划集中式光伏均在山 顶平台或山体南坡，海拔高，建设条件复杂。 01 02 03模块装配式设计04 06 01 地形适应性设计 合理利用阶梯式分台处理、微地形整合利用、 动态边坡监测等设计，增加变电站可选址区域。 06 绿色技术集成 设计过程中注重原生植被保护及地貌修复， 施工生态敏感区时采用绿色施工技术。 04 多专业协同设计 建立高精度精度三维场地模型，模拟设备运 输、雪荷载分布、场地放坡等关键工况。 05 气候适应性设计 设计过程中考虑防冻融结构设计、 紫外线 防护技术等，保证恶劣环境下耐候性。 03 模块装配式设计 针对高海拔地区项目优先功能舱体预制，舱体 结构采用轻量化钢框架，保证山地运输通畅。 02 紧凑化设备布局 优化变电站内设备及建筑物布局，合理利用 站内土地面积，提高土地利用效率。 02 / PART ONE ‣光伏场区关键设备选型 ‣光伏场区电气设计关键要点 ‣光伏场区结构设计关键要点 目前市场主要大功率组件有三种版 型组件，分别为182mm方形电池片 组件、矩形电池片组件和210mm方 形电池片组件。 打造成为新能源业务领域全产业链一体化集成服务能力工程公司 Page 9 210mm电池片组件由66片210mm方形电池片切半组装的电池板，N型组件其 标称容量680Wp～720Wp，组件尺寸为2384*1303*33mm 182mm电池片组件由72片182mm方形电池片切半组装的电池板，N型组件其标称容量 560Wp～590Wp 矩形电池片组件有66片182*210矩形电池片切半组装的电池板，N型组件其标称容量 590Wp～620Wp，组件尺寸为2382*1134*30mm 如何选型 组件选型关键要点 Page 47 组件选型关键要点 弱光效应与温度系数 LOCE、BOS成本、 边框厚度、玻璃厚度衰减性、封装工艺、机械载荷 综合发电效率、填充因子 抗风压、雪荷载能力、耐候性 组件 Page 47 逆变器选型关键要点 （1）组串失配带来的MPPT损耗最大 （2）复杂地形适应性弱 （3）直流反灌电流大 集中式逆变器 （1）组串失配带来的MPPT损耗小 （2）直流传输损耗小 （3）能匹配各类高海拔复杂地形 组串式逆变器 （1）组串失配带来的MPPT损耗较大 （2）复杂地形适应性较弱 （3）具备1.15被过载能力 ”1X“模块化逆变器 Page 47 箱变选型关键要点 箱变 （1）尺寸相对较大、占地面积大 （2）散热困难，影响出力 欧式箱变 （1）可靠性相对较低 （2）受限于熔断器的额定电流，容量不能超过3000kVA 美式箱变 1占地面积相对较小 2散热较好 华式箱变 Page 47 容配比的选择度电成本LOCE最低、限电率相当为准则，同时考虑IRR分析。 间距的设计采用专业设计软件，进行坡度坡向分析，精确计算组件阴影长度和场内原有遮挡物阴影长度。每个项目根 据需要采取多种间距排布，实现精细化布置，合理利用土地，节省占地面积，提升系统效率。 倾角的选择1）应采用发电量最优，而不是以辐射量最优；2）由于地形原因，每个发电单元内的支架朝向和倾角都应 结合地形布置后通过内部收益率、发电量及LOCE多维度对比论证。 山地光伏精细化设计 环水保措施 技术方案尽量少动土，减少土建开挖。特别是道路设计，排水沟、边坡设计。 设备布置逆变器和箱变靠道路布置，并要做好边坡防护和周边排水。 Page 47 山地光伏精细化设计 模拟三维地形，进行山 体远近遮挡分析，精确 生成坡度坡向 合理设计场内道路 方阵南北向、东西间距优化 桩基础与支架的适应性 逆变器/箱变定位优化， 合理设置电缆敷设路径 合理选择容配比、倾角 高海拔山地光伏精细化设计 Page 47 不同地理位置、环境条件、资源条件、设备成本选择不同的组件功率与逆变器容量 比例，可提高投入产出比例、净收益、降低度电成本 超配技术 随跟踪技术优化、制造工艺水平提高，成本下降，跟踪产品性价比、运行稳定性提 高。选用地平坐标、赤道坐标方案跟踪支架方阵提高发电量 跟踪技术 优化计算方式，考虑不同纬度太阳高度角阵列面倾斜度及不同经度太阳方位角，阵 列南北向、东西向遮挡 特殊地形条件、环境条件、用户要求项目开展个性化设计 精细化设计 大容量集中式、组串式等多品种类型逆变器因地制宜应用 多MPPT跟踪技术、高电压系统、智能化自诊断功能、组件优化功能等 逆变器技术 自动化装置、智能化运维系统的应用，提高了电站稳定性、提升了发电量、减少运 维人员、运维成本，最终降低了度电成本 智能化运维 设计中创新技术指标 高海拔复杂地形条件下光伏支架结构设计 复杂微地形上的风特性将会对建立于其上的光伏支架结构产生影响，故山地光伏支架结构设计与常 规地面光伏项目有较大差异。 场区风谱图 规范风压取值 实际测风数据 场区风谱图 全国基本风压分布图 测风塔数据 高海拔复杂地形条件下风荷载取值验证 高海拔复杂地形条件下光伏支架基础设计 技术难点 高海拔生态脆弱区水土流失敏感，传统开挖施工易破坏 原生植被与地表稳定性。 减少地貌破坏和最小化影响的环境保护限制 冻融循环引发土体体积变化，导致基础抬升或侧向位移， 年周期性变形可达5-10cm，导致光伏组件受拉破坏。 季节性冻土地区的冻胀作用 高海拔超大坡度区域（坡度45）多分布坚硬岩层（如 花岗岩、玄武岩），传统施工设备钻进效率低下，同时 存在设备倾覆、人员坠落等安全风险。 岩石结构紧密、超大坡度施工的作业难度限制 解决方案 采取机械液压的方式夹持型钢桩，垂直于地面向下施力 压沉型钢，不会对场地土体造成开放性破坏，几乎不产 生扬尘。 型钢桩基础 螺旋桩叶片与土体之间的机械咬合作用提升了桩-土界面 的抗剪强度，且在螺旋桩的施工过程中桩周土得到进一 步压实，使得螺旋桩在抗拔工程中有独特的优势。 螺旋钢桩基础 高海拔超大坡度区域（坡度45）多分布坚硬岩层（如 花岗岩、玄武岩），传统施工设备钻进效率低下，同时 存在设备倾覆、人员坠落等安全风险。 锚杆基础 打造成为新能源业务领域全产业链一体化集成服务能力工程公司 Page7 PART THREE 道路设计部分 山地光伏道路技术特点 山地地形复杂，高差显著且坡度陡峭，道路不可避免 的会沿山脊或沟壑布设，易形成急弯、连续陡坡等问 题。光伏组件及升压站大件设备运输对道路指标要求 不一，在没有现行光伏区道路设计标准规范的前提下， 多会采用相对保守的设计指标，造成道路长度与开挖 量较大，且易形成高边坡，增加施工难度和安全风险。 1.地形与地质条件制约选线难度大 光伏电站施工需运输大量组件、支架及重型设备，但 山地道路狭窄、弯急，大型车辆通行困难，在高海拔 条件下还会导致运输降效，极易造成拥堵，这与光伏 道路需满足多作业面同步施工的交通需求产生较大矛 盾。 2.建设期交通负荷大与运输条件受限的矛盾 打造成为新能源业务领域全产业链一体化集成服务能力工程公司 Page7 PART THREE 道路设计部分 借助VehicleTracking/Auto TURN建模，精准 模拟大件设备运输轨迹，为道路设计提供科学依 据，优化转弯半径与加宽参数，提升道路适应性。 通过模拟优化，降低道路指标要求，使复杂地形 选线难度大幅下降，显著提升项目经济性。 技术路径与模型应用 1.模拟山地大件运输，优化设计参数 主要应对措施 打造成为新能源业务领域全产业链一体化集成服务能力工程公司 Page7 PART THREE 我们采用物联网、传感器、网络等技术手段，集成研制智能会车车载终端，实现场内 交通指挥及大件运输实时监测与预警反馈，有效降低了拥堵，提升了运输效率. 道路设计部分 2.构建智慧运输系统 主要应对措施 03 / PART ONE ‣升压站电气设计 ‣升压站土建设计 Page 47 高海拔地区电气设计难点 打造成为新能源业务领域全业链 一体化集成服务能力工程公司 Page 47 海拔4500m修正后设备 海拔1000m以下设备 主要问题 高海拔地区空气稀薄，击 穿电压降低，外绝缘性能 下降。 1.外绝缘设计 解决方案 1.按海拔修正系数提高绝缘等级或使用更 高电压等级的设备。 2.增加绝缘子数量或选用防污闪型绝缘子。 主要问题 空气稀薄，放电距离不足 。 2.空气间隙设计 解决方案 1.增加空气间隙距离，确保满足高海拔条 件下的绝缘要求。 2.使用SF6气体或其他绝缘介质替代空气。 主要问题 湿度大、污秽环境导致爬 电距离不足，引发漏电或 闪络。 3.爬电距离设计 解决方案 1.增加爬电距离，确保满足高海拔条件下 的绝缘裕度。 2.使用憎水性材料或防污闪涂料以提高抗 污能力。 主要问题 散热条件差，设备温升超 出正常范围。 4.温升设计 解决方案 1.增加设备的散热面积或优化散热路径。 2.选择耐高温材料和组件。 3.采用强制风冷或水冷等散热方式。 高海拔复杂山地新能源变电站选址及设计难点 地势地形条件复杂 山地地形起伏大，陡峭坡体、滑 坡、泥石流等地质灾害高发区需 避开，选难度大，可利用区域不 多。 生态与环境保护要求极高 变电站选址需避开自然保护区、 水源涵养区等生态敏感区域，减 少对生态环境的破坏。 施工条件难度大 高海拔地区的低温缺氧、极端天 气频发、日照辐射强度等恶劣气 候条件，建设物资运输难度大， 机械化难度大。 打造成为新能源业务领域全业链一体化集成服务能力工程公司 案例丨柯拉光伏电站 建设容量 1000MW 参与模式 EPC总承包 全球规模最大、海拔最高水光互补电站 牵头负责其中海拔最高、规模最大、面积最大、地形最复 杂标段并承担整个光伏电站的牵头工作。 创造了大型光伏项目在超高海拔地区冬季连续大规模施工 的先例 位于四川省甘孜州雅江县柯拉乡。 海拔4000米至4650米，其高处比拉萨还高近1000米 位于四川省阿坝金川县俄热乡。 装机容量 200MW 参与模式 EPC总承包 阿坝州“十四五”期间 第一批开工建设的光伏项目 2023年7月下旬开工、11月启动储能、12月31日顺利完成首批并网。 升压站全预制舱方案，极大程度缩短工程，保障了现场施工质量。 项目建成后，每年可节约煤11.70万吨，减少排放二氧化碳332.12万 吨。 案例丨嘎斯都光伏电站 04 / PART ONE ‣高海拔及山地复杂地质问题及应对措施 Page 29 升压站常见地质问题 活动断裂 高边坡稳定性 岩溶发育问题 地基土不均匀 软土地基 山洪及泥石流 形成高填方或挖方边坡，影响建筑 物安全性 往往抗震设防烈度高，造价成本增加 存在岩溶塌陷风险及土岩组合地基， 基础脱空或开裂 基础沉降不均匀，建筑物倾斜 地基承载力不足，地基土压缩性大 具有多维度破坏性，存在防洪压力 常见问题 主要后果 溶蚀发育区土岩组合地基 高原平缓地段软土地基 高 填 方 边 坡 升 压 站 外 侧 有 山 洪 及 泥 石 流 风 险 升 压 站 距 离 河 道 过 近 地 基 土 不 均 匀 Page 30 光伏阵列区建设常见地质问题 光伏阵列区场址常见 地质问题包括建设 过程中形成的滑坡、 泥石流、崩塌次生灾 害；冻融环境下地基 土提供的承载力与抗 拔力不足；不同地貌 类型导致桩单一基础 型式不适用；光伏阵 列区受洪水及泥石流 多维度威胁；地下水 渗流导致灌注桩混凝 土离析等问题。 阵列区 常见地 质问题 道路修建引发的土质滑坡 冻土融化桩基在自重下沉降严重 冻融循环下部分桩顶出现松动 阵列区上侧泥石流沟道 斜坡地貌与湖相沉积地貌导致桩型设计不同 05 / PART ONE ‣高海拔草甸区域的草甸剥堆存与回铺 草皮剥离及回铺 Page 33 /草皮剥离、堆存与回铺 高海拔草甸区域 剥离0.50.5 矩形,20cm厚 堆存 养护保湿保温 回铺 1、草皮剥离（机械人工剥离）； 2、草皮堆存（草皮上架）； 3、草皮回铺（道路边坡、生态排水 沟）。 打造成为新能源业务领域全业链一体化集成服务能力工程公司