一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法

1.本发明属于水面结构系泊锚固设计领域，具体涉及一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法。


背景技术：

2.世界能源市场正朝着绿色清洁发电方向转变。漂浮光伏能有效缓解陆上光伏发展土地短缺和桩基固定式水面光伏电站不适用深水区的难题，而且具有提高发电效率、减少水量蒸发、保护水资源等优势。因此，漂浮光伏发展前景和应用市场巨大。
3.但是，漂浮光伏在风浪流等水域环境荷载下的受力状况和运动规律复杂。作为系泊定位结构，系泊锚固系统对保证漂浮光伏的稳定安全至关重要，运营期内漂浮方阵整体的运动范围应满足设计要求、避免与其他浮体碰撞。此外，浮体净浮力、系泊强度和锚固结构承载力也应满足设计要求。相较于海洋平台、浮式风机等结构的系泊系统，漂浮光伏电站的系泊锚固系统具有几何构造、受力状况、布设模式等特殊性，其失效是造成漂浮光伏阵列破坏的主要原因之一；但相关研究及设计方法尚不成熟，缺乏基于规范标准、成体系的设计方法。因此，有必要建立一种综合考虑环境荷载、水文地质、现有规范要求和设计依据的漂浮光伏系泊锚固系统设计方法。
4.目前漂浮光伏结构设计方面的主要涉及光伏阵列结构和桩基础锚固的设计，缺乏通用的、满足规范要求、设计依据可靠的系泊锚固系统设计方法；已设计方法只关注了锚固系统，未涉及系泊系统，且锚固单元数量是预先给定值，未给出系泊结构数量以及锚固单元数量调整方法；此外，已有设计方法仅考虑了强度校核，未考虑刚度和稳定性校核，而且未给出具体校核计算公式。


技术实现要素：

5.本发明为了规范系泊锚固系统设计，本发明提出了一种通用的、基于已有规范要求、考虑环境荷载和水文地质等作用以及荷载组合效应的漂浮光伏系泊锚固系统设计方法；本发明依据可靠、逻辑严密，具有可执行性，并且基于现有规范要求，更具实际工程应用指导意义。
6.本发明采用以下技术方案：
7.一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，基于目标漂浮光伏阵列所在的项目水域位置，执行以下步骤，获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统：
8.步骤1：基于目标漂浮光伏阵列构造、项目水域位置对应的预设各类型的环境荷载参数、以及预设各类型的水文地质参数，获得目标漂浮光伏阵列所受预设设计荷载作用及荷载组合效应；预设设计荷载作用包括风荷载、波浪荷载、水流荷载；进入步骤2；
9.步骤2：针对系泊结构和锚固结构进行选型，系泊结构选型包括系泊绳索型号及破断力，锚固结构选型包括锚固型号及承载能力；进入步骤3；
10.步骤3：基于目标漂浮光伏阵列所受荷载组合效应，结合当前系泊结构和锚固结构
的选型，确定系泊结构和锚固结构的数量，并进行结构数量校核及锚固校核，若不满足要求则返回步骤2；若满足要求则获得系泊结构和锚固结构的数量，进而获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统。
11.作为本发明的一种优选技术方案，还包括以下步骤，对步骤3获得的系泊结构和锚固结构的数量进行仿真校核：
12.基于当前系泊结构和锚固结构的选型及数量，建立目标漂浮光伏阵列以及系泊锚固系统对应的水动力学模型，并基于水动力学软件，在预设系泊锚固系统构造下，结合预设设计荷载作用仿真校核系泊结构和锚固结构强度、刚度及稳定性，若不满足要求则返回步骤2；若满足要求则获得系泊结构和锚固结构的数量，进而获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统。
13.作为本发明的一种优选技术方案，基于获得的系泊结构和锚固结构的数量，结合目标漂浮光伏阵列构造及项目现场情况，对系泊锚固系统构造进行设计，获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述风荷载采用重现期为预设年限的标准值，使目标漂浮光伏阵列的设计使用寿命规范要求不低于预设年限，目标漂浮光伏阵列所受风荷载f
wind
公式如下：
15.vn＝βzμsμzωn＝βzμsμz[ω
10
+(ω
100-ω
10
)(ln n/ln 10-1)]
[0016]fwind
＝v
nap
sinθ
[0017]
式中，vn表示重现期为预设年限n年的风荷载标准值，βz表示高度z处的风振系数，μs表示风荷载体型系数，μz表示风压高度变化系数，ω
10
表示重现期为10年的基本风压，ω
100
表示重现期为100年的基本风压；a
p
表示目标漂浮光伏阵列中光伏组件面积，θ表示目标漂浮光伏阵列中光伏组件倾角。
[0018]
作为本发明的一种优选技术方案，所述目标漂浮光伏阵列所受波浪载荷f
wave
公式如下：
[0019][0020]
式中，qy表示浮体计算波浪力的纵向分量，q
x
表示浮体计算波浪力的横向分量，a
x
表示浮体水下横向阻水面积，ay表示浮体水下纵向阻水面积，ρ表示水的密度，g表示重力加速度，h表示波系中保证率为5％的波高，χ表示预设第一系数，η表示预设第二系数。其中，预设第二系数η由浮体水下部分波浪力垂直方向轮廓的最大水平尺寸α1和平均波高λ的比值确定。
[0021]
作为本发明的一种优选技术方案，所述目标漂浮光伏阵列所受水流荷载f
current
公式如下：
[0022][0023]
式中，ρ表示水的密度，cw表示水流阻力系数，v
current
表示水流速度，a表示浮体与水流流向垂直平面的投影面积。
[0024]
作为本发明的一种优选技术方案，所述目标漂浮光伏阵列所受预设设计荷载作用的荷载组合效应fh公式如下：
[0025]fh
＝1.2(fd+ff)+1.4f
wind
+0.7(1.5f
wave
+1.5f
current
+1.4fs)
[0026]
式中，fd表示目标漂浮光伏阵列结构自重，ff表示光伏阵列结构浮力，f
wind
表示风荷载，f
wave
表示波浪载荷，f
current
表示水流荷载，fs表示雪荷载，fd＝ff＝fs＝0。
[0027]
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤3中，具体执行以下步骤：
[0028]
步骤3.1：基于目标漂浮光伏阵列所受荷载组合效应fh，结合当前系泊结构的选型，通过以下公式，获得系泊结构的数量q，进而获得锚固结构的数量：
[0029][0030]
式中，q表示目标漂浮光伏阵列单侧的系泊绳索数量为系泊结构的数量，α是单侧系泊结构与水底面所成的角度，fm表示当前系泊结构选型对应的破断力；
[0031]
步骤3.2：基于系泊结构的数量进行结构数量校核，若超过预设结构数量，则返回步骤2；若不超过预设结构数量，执行步骤3.3；
[0032]
步骤3.3：针对锚固结构，进行锚固校核，若锚固结构满足要求，则系泊结构和锚固结构数量确定，则获得系泊结构和锚固结构的数量，进而获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统；若锚固结构不满足要求，结构数量增加，返回步骤3.2；
[0033]
作为本发明的一种优选技术方案，所述锚固结构要求如下所示：
[0034][0035]
式中，vk表示锚固结构的竖向分力标准值，hk表示锚固结构的水平分力标准值，q表示目标漂浮光伏阵列单侧的系泊绳索数量，α是单侧系泊结构与水底面所成的角度，fh表示目标漂浮光伏阵列所受预设设计荷载作用的荷载组合效应。
[0036]
本发明的有益效果是：本发明提供了一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，首先基于预设各载荷作用获得载荷组合效应，然后选型系泊结构和锚固结构，进一步的确定系泊和锚固结构的数量，最后基于水动力学分析软件进行仿真，确定最终系泊结构和锚固结构的数量，进而可基于项目现场情况进行系泊锚固系统结构的设计；本方案中多次对系泊结构和锚固结构进行校核，并提供了调整系泊锚固系统数量的方法，整个方案设计依据可靠，逻辑严密，具有可执行性，并且本方案均是基于现有规范要求，更具实际工程应用指导意义。
附图说明
[0037]
图1为本发明实施例中漂浮光伏系泊锚固系统设计方法流程图；
[0038]
图2为本发明实施例中漂浮光伏系泊锚固系统示意图；
[0039]
图3为本发明实施例中漂浮光伏阵列构造图；
[0040]
图4为本发明实施例中系泊锚固系统受力示意图；
[0041]
图5为本发明实施例中的案例方案。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图对本发明进行进一步说明。下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0043]
本实施例中，首先获得项目水域位置环境荷载参数和水文地质参数，可由项目可行性报告、地质勘查报告等获得，亦可采用监测设备或现场试验测量得到。所述环境荷载参数包括基本风压ω0、高度z处的风振系数βz、风荷载体型系数μs、风压高度变化系数μz；所述水文地质参数包括平均波长λ、波系中保证率为5％的波高h、第一预设系数χ、第二预设系数η、水流速度v
current
、水流阻力系数cw、高水位与锚固平面垂直距离l
high
、低水位与锚固平面垂直距离l
low
、第i层土的抗拔系数λi、第i层土体极限侧阻力标准值q
s,ik
。
[0044]
本实施例中拟某建约26mwp的漂浮光伏为例，重现期10年的基本风压ω
10
＝0.25kn/m2，重现期100年的基本风压ω
100
＝0.45kn/m2，波系中保证率为5％的波高h＝1.0m，平均波长λ＝5，第一预设系数χ＝0.85，第二预设系数η＝0.4，浮体吃水深度hd可取0.09m或根据实际情况确定，浮体水下部分波浪力垂直方向轮廓的最大水平尺寸α1等于浮体吃水深度hd与光伏阵列长度)l
x
或光伏阵列宽度ly的乘积，水流速度v
current
＝1m/s，水流阻力系数cw＝1.0，高水位与锚固平面垂直距离l
high
＝19m、低水位与锚固平面垂直距离l
low
＝0m等。
[0045]
由项目资料获得目标漂浮光伏阵列整体情况，包括系泊锚固系统、漂浮支撑系统和光伏发电系统，如图2所示。其中，目标漂浮光伏阵列构造，如图3所示。本实施例中光伏组件正南朝向布置，前后中心距1.72m，左右中心距2.39m。光伏组件尺寸2256mm
×
1133mm
×
35mm。
[0046]
基于上述参数，执行如图1所示的一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，基于目标漂浮光伏阵列所在的项目水域位置，执行以下步骤，获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统。
[0047]
步骤1：基于目标漂浮光伏阵列构造、项目水域位置对应的预设各类型的环境荷载参数、以及预设各类型的水文地质参数，获得目标漂浮光伏阵列所受预设设计荷载作用及荷载组合效应；预设设计荷载作用包括风荷载、波浪荷载、水流荷载；进入步骤2。
[0048]
本实施例中，目标漂浮光伏阵列的系泊锚固系统受力如图4所示。所述目标漂浮光伏阵列构造包括目标漂浮光伏阵列中光伏组件面积a
p
、光伏组件倾角θ＝12
°
、光伏阵列结构自重g、光伏阵列结构浮力ff、光伏阵列长度(即东西向长度)l
x
、光伏阵列宽度(即南北向长度)ly、光伏阵列厚度d。y为水位变化引起光伏阵列最大漂移距离，其位移量y计算公式如下：其中，l
high
和l
low
是高水位和低水位与锚固平面垂直距离，x是设计抛锚距离。
[0049]
所述风荷载采用重现期为预设年限的标准值，使目标漂浮光伏阵列的设计使用寿命规范要求不低于预设年限，目标漂浮光伏阵列所受风荷载f
wind
公式如下：
[0050]
vn＝βzμsμzωn＝βzμsμz[ω
10
+(ω
100-ω
10
)(ln n/ln10-1)]
[0051]fwind
＝v
nap sinθ
[0052]
式中，vn表示重现期为预设年限n年的风荷载标准值，βz表示高度z处的风振系数，μs表示风荷载体型系数，μz表示风压高度变化系数，ω
10
表示重现期为10年的基本风压，ω
100
表示重现期为100年的基本风压；a
p
表示目标漂浮光伏阵列中光伏组件面积，θ表示目
标漂浮光伏阵列中光伏组件倾角。本实施例中采用重现期25年的基本风压以保证漂浮光伏的设计使用寿命规范要求不低于25年。
[0053]
所述目标漂浮光伏阵列所受波浪载荷f
wave
公式如下：
[0054][0055]
式中，qy表示浮体计算波浪力的纵向分量，q
x
表示浮体计算波浪力的横向分量，a
x
表示浮体水下横向阻水面积，ay表示浮体水下纵向阻水面积，由光伏阵列结构自重g、光伏阵列结构浮力ff、光伏阵列长度(即东西向长度)l
x
、光伏阵列宽度(即南北向长度)ly，计算确定。ρ表示水的密度，g表示重力加速度，h表示波系中保证率为5％的波高，χ表示预设第一系数，η表示预设第二系数。其中，预设第二系数η由浮体水下部分波浪力垂直方向轮廓的最大水平尺寸α1和平均波高λ的比值确定。波系表示实际一段时间内的波浪是不同幅值(波高相关)、频率的波组成。
[0056]
所述目标漂浮光伏阵列所受水流荷载f
current
公式如下：
[0057][0058]
式中，ρ表示水的密度，cw表示水流阻力系数，v
current
表示水流速度，a表示浮体与水流流向垂直平面的投影面积。
[0059]
所述目标漂浮光伏阵列所受预设设计荷载作用的荷载组合效应fh公式如下：
[0060]fh
＝1.2(fd+ff)+1.4f
wind
+0.7(1.5f
wave
+1.5f
current
+1.4fs)
[0061]
式中，fd表示目标漂浮光伏阵列结构自重，ff表示光伏阵列结构浮力，f
wind
表示风荷载，f
wave
表示波浪载荷，f
current
表示水流荷载，fs表示雪荷载，fd＝ff＝fs＝0。荷载组合效应考虑光伏阵列结构自重与浮力进行平衡，不会通过锚绳传递至锚固结构，fh为承载能力极限状态下总水平分力的设计值，其中，光伏阵列结构自重与浮力以及雪荷载为垂直荷载，且在垂直方向互相抵消，不向系泊索传递作用，故fd＝ff＝fs＝0。
[0062]
基于上述各活载荷公式，本实施例中具体计算案例如下：
[0063]
风荷载标准值为vn＝βzμsμzω0＝1.3
×1×1×
0.33＝0.43kn/m2，则作用于单个光伏组件的风荷载水平荷载标准值为0.43
×
2.256
×
1.133
×
sin12
°
＝0.2285kn。那么，作用于单个光伏阵列的风荷载水平荷载标准值为8784
×
0.2285＝2007.14kn。
[0064]
波浪荷载假设浸没深度为浮体高度的一半，则可知hd/λ＜0.09/5＝0.018＜0.025，结合hd/λ与第一预设系数对应的预设映射表格，故第一预设系数χ取为0.85。对于长边(南北侧)，α1/λ＞298/30＝9.9＞4，结合浮体水下部分波浪力垂直方向轮廓的最大水平尺寸α1和平均波高λ的比值与第二预设系数对应的映射表格，故第二预设系数η取为0.4。由波浪载荷f
wave
公式可知，长边(南北侧)水平荷载标准值为0.85
×
0.4
×
9.8
×
1.0
×
(0.18/2)
×
298＝89.36kn。对于短边(东西侧)，α1/λ＞124/30＝4.1＞4，故第二预设系数η取为0.4。由波浪载荷f
wave
公式可知，短边(东西侧)水平荷载标准值为0.85
×
0.4
×
9.8
×
1.0
×
(0.18/2)
×
124＝37.19kn。本实施例中长边、短边分别对应横向、纵向。
[0065]
水流载荷引起的长边(南北侧)水平荷载标准值为1
×1×
12
×
298
×
(0.18/2)/2＝13.41kn，短边(东西侧)水平荷载标准值为1
×1×
12
×
124
×
(0.18/2)/2＝5.58kn
[0066]
荷载组合效应计算为：光伏阵列长边(南北侧)水平荷载标准值为1.4
×
2007.14+0.7
×
(1.5
×
89.36+1.5
×
13.41)＝2918kn；光伏阵列短边(东西侧)水平荷载标准值：
[0067]
1.4
×
2007.14+0.7
×
(1.5
×
37.19+1.5
×
5.58)＝2855kn。
[0068]
步骤2：针对系泊结构和锚固结构进行选型，系泊结构选型包括系泊绳索型号及破断力，锚固结构选型包括锚固型号及承载能力；进入步骤3；例如，锚固结构采用鳐锚，单个鳐锚最大可提供4t拉力(即40kn)，系泊结构采用钢丝绳。首次进行选型依据是基于目标漂浮光伏阵列所受荷载组合效应，结合经验进行选型。
[0069]
步骤3：基于目标漂浮光伏阵列所受荷载组合效应，结合当前系泊结构和锚固结构的选型，确定系泊结构和锚固结构的数量，并进行结构数量校核及锚固校核，若不满足要求则返回步骤2；若满足要求则获得系泊结构和锚固结构的数量，进而获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统。
[0070]
所述步骤3中，具体执行以下步骤：
[0071]
步骤3.1：基于目标漂浮光伏阵列所受荷载组合效应fh，结合当前系泊结构的选型，通过以下公式，获得系泊结构的数量q，进而获得锚固结构的数量：
[0072][0073]
式中，q表示目标漂浮光伏阵列单侧的系泊绳索数量为系泊结构的数量，α是单侧系泊结构与水底面所成的角度，fm表示当前系泊结构选型对应的破断力。
[0074]
步骤3.2：基于系泊结构的数量进行结构数量校核，若超过预设结构数量，则返回步骤2；若不超过预设结构数量，执行步骤3.3。本实施例中返回步骤2进行针对系泊结构和锚固结构进行选型，是基于当前系泊结构对应的破断力、锚固结构对应的承载能力，选择破断力、承载能力更大的型号。
[0075]
步骤3.3：针对锚固结构，进行锚固校核，若锚固结构满足要求，则系泊结构和锚固结构数量确定，则获得系泊结构和锚固结构的数量，进而获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统；若锚固结构不满足要求，结构数量增加，返回步骤3.2。本实施例中的结构数量的增加可以是以1为增加量的迭代增加，也可以是以超过1的数量为增加量的迭代增加，或者每次增加的数量不同。
[0076]
所述锚固结构要求如下所示：
[0077][0078]
式中，vk表示锚固结构的竖向分力标准值，hk表示锚固结构的水平分力标准值，q表示目标漂浮光伏阵列单侧的系泊绳索数量，α是单侧系泊结构与水底面所成的角度，fh表示目标漂浮光伏阵列所受预设设计荷载作用的荷载组合效应。东西侧与南北侧需均满足锚固结构要求。本实施例中所述系泊结构数量由荷载组合效应计算确定的总水平分力设计值fh水平分量与当前系泊结构选型对应的破断力fm的比值向上取整确定；则本实施例中，上述漂浮光伏南北侧2918/40＞72.95，取q＝73；东西侧2855/40＞71.38，取q＝72，即可确定系泊结构和锚固结构数量，四侧数量的综合为锚固结构数量。锚固结构数量等于系泊结构的数量。
[0079]
还包括以下步骤，对步骤3获得的系泊结构和锚固结构的数量进行仿真校核：基于当前系泊结构和锚固结构的选型及数量，建立目标漂浮光伏阵列以及系泊锚固系统对应的水动力学模型，并基于水动力学软件，在预设系泊锚固系统构造下，结合预设设计荷载作用仿真校核系泊结构和锚固结构强度、刚度及稳定性，若不满足要求则返回步骤2；若满足要求则获得系泊结构和锚固结构的数量，进而获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统。本实施例中，可采用水动力学分析软件aqwa建立漂浮光伏系泊锚固系统的有限元模型，开展仿真分析，仿真过程中同时考虑风荷载、波浪荷载、水流荷载用等作用。本实施例中返回步骤2进行针对系泊结构和锚固结构进行选型，是基于当前系泊结构对应的破断力、锚固结构对应的承载能力，选择破断力、承载能力更大的型号。预设系泊锚固系统构造为系泊垂直连接浮体的连接方式构造，且一侧中相邻的两锚固之间间隔距离相等、一侧的所有锚固在一条直线上。
[0080]
进一步的，所述强度、刚度及稳定性校核需根据系泊结构和锚固结构的具体类型，进行针对性的强度、刚度及稳定性校核。系泊结构强度校核，即判断荷载作用下系泊结构拉力是否满足系泊结构破断力要求；锚固结构强度校核，即判断荷载作用下锚固结构受力是否满足锚固结构承载能力要求；系泊结构刚度校核，即判断荷载作用下系泊结构变形量是否满足系泊结构刚度系数要求；(刚度系数是用以描述材料在外力作用下弹性变形形态的基本物理量)；锚固结构刚度校核，即判断荷载作用下锚固结构变形量是否满足锚固结构变形要求；系泊结构稳定性校核，即判断荷载作用下系泊结构变形量是否满足系泊结构运动范围限值要求；(稳定性是指结构在外界载荷作用下,能否维持自己的形状和位置)；锚固结构稳定性校核，即判断荷载作用下锚固结构拉拔力和水平拖拽力是否满足抗拔承载力和抗滑承载力。前者小于后者就满足强度、刚度和稳定性要求。
[0081]
本实施例中，以锚固结构为桩基础为例，有单桩水平承载力特征值r
ha
要求其大于传递到锚固结构的水平分力标准值hk，其为强度要求。单桩水平承载力特征值可按下式计算：式中，αd是桩的水平变形系数，ei是桩的抗弯刚度，x
oa
是允许水平位移，可取0.01m；v
x
是桩顶水平位移系数，可取2.441。桩的水平变形系数计算方法如下：式中，m是桩侧水平抗力系数的比例系数；b0是桩身计算宽度，变形量为刚度要求。稳定性要求为对于单桩抗拔承载力标准值tk＝t
uk
/2+g
p
其大于传递到递到锚固结构的竖向分力标准值vk，g
p
是基桩/土自重。而单桩竖向极限承载力标准值t
uk
可按下式计算：t
uk
＝cσλiq
s,ik
li，式中，c是桩身周长；λi是第i层土的抗拔系数；q
s,ik
是第i层土体极限侧阻力标准值；li是基桩在第i层土中的长度。
[0082]
进一步的，基于获得的系泊结构和锚固结构的数量，结合目标漂浮光伏阵列构造及项目现场情况，对系泊锚固系统构造进行设计，获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统。本实施例中，系泊锚固系统构造设计是系泊锚固系统连接方式的构造设计，是在系泊、锚固结构类型确定下的构造局部设计为主，主要是系泊、锚固、浮体三者之间连接方式的设计，具体为系泊和锚固之间的连接、系泊结构和浮体之间的连接设计。各锚固阵列可设计为目标漂浮光伏阵列单侧中相邻的两锚固之间间隔距离相等、且该侧所有锚固在一条直线上的排列下，目标漂浮光伏阵列相对的两侧系泊锚固成对称设计。系泊锚固系统构造设
计方案可如图5所示。
[0083]
本发明设计了一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，首先基于预设各载荷作用获得载荷组合效应，然后选型系泊结构和锚固结构，进一步的确定系泊和锚固结构的数量，最后基于水动力学分析软件进行仿真，确定最终系泊结构和锚固结构的数量，进而可基于项目现场情况进行系泊锚固系统结构的设计；本方案中多次对系泊结构和锚固结构进行校核，并提供了调整系泊锚固系统数量的方法，整个方案设计依据可靠，逻辑严密，具有可执行性，并且本方案均是基于现有规范要求，更具实际工程应用指导意义。
[0084]
以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

技术特征：
1.一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，其特征在于，基于目标漂浮光伏阵列所在的项目水域位置，执行以下步骤，获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统：步骤1：基于目标漂浮光伏阵列构造、项目水域位置对应的预设各类型的环境荷载参数、以及预设各类型的水文地质参数，获得目标漂浮光伏阵列所受预设设计荷载作用及荷载组合效应；预设设计荷载作用包括风荷载、波浪荷载、水流荷载；进入步骤2；步骤2：针对系泊结构和锚固结构进行选型，系泊结构选型包括系泊绳索型号及破断力，锚固结构选型包括锚固型号及承载能力；进入步骤3；步骤3：基于目标漂浮光伏阵列所受荷载组合效应，结合当前系泊结构和锚固结构的选型，确定系泊结构和锚固结构的数量，并进行结构数量校核及锚固校核，若不满足要求则返回步骤2；若满足要求则获得系泊结构和锚固结构的数量，进而获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统。2.根据权利要求1所述一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，其特征在于，还包括以下步骤，对步骤3获得的系泊结构和锚固结构的数量进行仿真校核：基于当前系泊结构和锚固结构的选型及数量，建立目标漂浮光伏阵列以及系泊锚固系统对应的水动力学模型，并基于水动力学软件，在预设系泊锚固系统构造下，结合预设设计荷载作用仿真校核系泊结构和锚固结构强度、刚度及稳定性，若不满足要求则返回步骤2；若满足要求则获得系泊结构和锚固结构的数量，进而获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统。3.根据权利要求1所述一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，其特征在于，基于获得的系泊结构和锚固结构的数量，结合目标漂浮光伏阵列构造及项目现场情况，对系泊锚固系统构造进行设计，获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统。4.根据权利要求1所述一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，其特征在于，所述风荷载采用重现期为预设年限的标准值，使目标漂浮光伏阵列的设计使用寿命规范要求不低于预设年限，目标漂浮光伏阵列所受风荷载f
wind
公式如下：v
n
＝β
z
μ
s
μ
z
ω
n
＝β
z
μ
s
μ
z
[ω
10
+(ω
100-ω
10
)(lnn/ln10-1)]f
wind
＝v
n
a
p
sinθ式中，v
n
表示重现期为预设年限n年的风荷载标准值，β
z
表示高度z处的风振系数，μ
s
表示风荷载体型系数，μ
z
表示风压高度变化系数，ω
10
表示重现期为10年的基本风压，ω
100
表示重现期为100年的基本风压；a
p
表示目标漂浮光伏阵列中光伏组件面积，θ表示目标漂浮光伏阵列中光伏组件倾角。5.根据权利要求1所述一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，其特征在于，所述目标漂浮光伏阵列所受波浪载荷f
wave
公式如下：式中，q
y
表示浮体计算波浪力的纵向分量，q
x
表示浮体计算波浪力的横向分量，a
x
表示浮体水下横向阻水面积，a
y
表示浮体水下纵向阻水面积，ρ表示水的密度，g表示重力加速度，h表示波系中保证率为5％的波高，χ表示预设第一系数，η表示预设第二系数。其中，预设第二系数η由浮体水下部分波浪力垂直方向轮廓的最大水平尺寸α1和平均波高λ的比值确定。
6.根据权利要求1所述一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，其特征在于，所述目标漂浮光伏阵列所受水流荷载f
current
公式如下：式中，ρ表示水的密度，c
w
表示水流阻力系数，v
current
表示水流速度，a表示浮体与水流流向垂直平面的投影面积。7.根据权利要求1所述一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，其特征在于，所述目标漂浮光伏阵列所受预设设计荷载作用的荷载组合效应f
h
公式如下：f
h
＝1.2(f
d
+f
f
)+1.4f
wind
+0.7(1.5f
wave
+1.5f
current
+1.4f
s
)式中，f
d
表示目标漂浮光伏阵列结构自重，f
f
表示光伏阵列结构浮力，f
wind
表示风荷载，f
wave
表示波浪载荷，f
current
表示水流荷载，f
s
表示雪荷载，f
d
＝f
f
＝f
s
＝0。8.根据权利要求1所述一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，其特征在于，所述步骤3中，具体执行以下步骤：步骤3.1：基于目标漂浮光伏阵列所受荷载组合效应f
h
，结合当前系泊结构的选型，通过以下公式，获得系泊结构的数量q，进而获得锚固结构的数量：式中，q表示目标漂浮光伏阵列单侧的系泊绳索数量为系泊结构的数量，α是单侧系泊结构与水底面所成的角度，f
m
表示当前系泊结构选型对应的破断力；步骤3.2：基于系泊结构的数量进行结构数量校核，若超过预设结构数量，则返回步骤2；若不超过预设结构数量，执行步骤3.3；步骤3.3：针对锚固结构，进行锚固校核，若锚固结构满足要求，则系泊结构和锚固结构数量确定，则获得系泊结构和锚固结构的数量，进而获得目标漂浮光伏阵列对应的系泊锚固系统；若锚固结构不满足要求，结构数量增加，返回步骤3.2。9.根据权利要求8所述一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，其特征在于，所述锚固结构要求如下所示：式中，v
k
表示锚固结构的竖向分力标准值，h
k
表示锚固结构的水平分力标准值，q表示目标漂浮光伏阵列单侧的系泊绳索数量，α是单侧系泊结构与水底面所成的角度，f
h
表示目标漂浮光伏阵列所受预设设计荷载作用的荷载组合效应。

技术总结
本发明提供了一种漂浮光伏系泊锚固系统设计方法，首先基于预设各载荷作用获得载荷组合效应，然后选型系泊结构和锚固结构，进一步的确定系泊和锚固结构的数量，最后基于水动力学分析软件进行仿真，确定最终系泊结构和锚固结构的数量，进而可基于项目现场情况进行系泊锚固系统构造的设计；本方案中多次对系泊结构和锚固结构进行校核，并提供了调整系泊锚固系统数量的方法，整个方案设计依据可靠，逻辑严密，具有可执行性，并且本方案均是基于现有规范要求，更具实际工程应用指导意义。更具实际工程应用指导意义。更具实际工程应用指导意义。


技术研发人员：刘中祥 郭彤 马枫 张贝贝 刘骏驰
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/16