一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书编制单位一道新能源系统工程创新研究院一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书目录第一章综合说明.......................................................................................11.1.一道新能研究海上漂浮式光伏系统的过程回顾..................................................11.2.主要研究成果简介与知识产权声明.......................................................................21.3.兆瓦级海试的必要性和可行性...............................................................................3第二章一道新能海上漂浮式光伏系统概要设计..........................................42.1.海况条件及通用需求................................................................................................42.1.1.海况表，海浪级别、有效波高与风力................................................................42.1.2.海水深度及变化范围.............................................................................................52.1.3.海水腐蚀性..............................................................................................................52.1.4.海洋附着生物..........................................................................................................52.1.5.近岸区域海水表层温度.........................................................................................62.1.6.海冰..........................................................................................................................62.1.7.纬度..........................................................................................................................62.2.客户需求的最低和最高目标....................................................................................72.2.1.最低目标：人身安全、设备安全与环境安全....................................................72.2.2.最高目标：海上风电度电成本与海上风光联合电场平价上网......................72.3.应用场景细分、系统配置需求与解决方案构思..................................................82.3.1.沿海滩涂-水陆两栖光伏系统...............................................................................82.3.2.近海水面-海上风光联合电场...............................................................................92.3.3.沿海水面-海上漂浮式光伏系统...........................................................................92.4.总体架构规划、子系统及功能模块划分与接口定义..........................................92.4.1.总体架构规划..........................................................................................................92.4.2.子系统及功能模块划分.........................................................................................92.4.3.接口定义...............................................................................................................102.5.测试规范...................................................................................................................102.5.1.光伏通用规范.......................................................................................................102.5.2.海上风电或海洋工程参考标准..........................................................................10第三章主要部件选型要点与技术规格说明...............................................113.1.光伏组件...................................................................................................................113.2.浮体...........................................................................................................................11i一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书3.3.光伏组件在浮体上的固定方式.............................................................................113.4.系泊与锚固...............................................................................................................123.5.水陆两栖光伏系统..................................................................................................12第四章兆瓦级方阵设计方案与海试计划..................................................134.1.总体布局...................................................................................................................134.2.海试地点选择...........................................................................................................144.3.海试期间运行维护计划..........................................................................................144.4.海上测试项目或专项攻关课题.............................................................................14第五章大规模应用单瓦造价降低路线图与度电成本分析..........................155.1.大规模应用单瓦造价降低路线图.........................................................................155.2.大规模应用的度电成本分析..................................................................................16第六章海上漂浮式光伏系统与海洋产业跨界整合.....................................176.1.环岛浅湾景区漂浮式光伏系统清洁能源供应站与夜景装饰工程...................176.2.海上光伏浮体、锚固与网箱一体化渔光互补型海洋牧场................................17第七章课题研究、技术开发与产业链合作建议........................................187.1.基于区块链的清洁能源微电网与沿海零碳经济带空间规划研究...................187.2.水陆两栖与海上漂浮式光伏、海上风光联合电场关键技术开发...................187.3.海上漂浮式光伏系统产业链深度合作.................................................................18ii一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书第一章综合说明1.1.一道新能研究海上漂浮式光伏系统的过程回顾2020年以来，一道新能对内湖漂浮式光伏进行了广泛调查，对各种技术路线的度电成本降低可能性、对海洋环境的适应性等进行了深入研究。典型项目包括：项目名称并网时间装机规模环境特点技术路线降本可能性海洋适应性淮南采煤塌陷区渔光互补光伏电站201620MW水深6-10米全吹塑浮体支撑常规铝边框组件有差安徽淮南顾桥漂浮式光伏电站2017150MW平均水深8米吹塑浮体+钢架常规铝边框组件小差山东济宁微山领跑基地漂浮电站201831MW平均水深6米吹塑浮体+钢架常规铝边框组件小差台湾彰化近海漂浮电站202093MW近海封闭水域回型浮体铝支架常规铝边框组件小差华能山东德州丁庄水库光伏项目2021200MW水深17-23米条形浮体铝支架常规铝边框组件小差光伏组件方面，一道新能针对海浪拍击、持续起伏、干湿交变海水腐蚀、海盐结晶、海洋生物附着等与内湖完全不同的海洋环境，进行了一系列专题研究，并从面板厌水透明材料、背板防渗导热材料、电池片布局与电极连接方式、层压件成型工艺、组件周边密封绝缘工艺等多方面进行改进和优化，推出了一款适合海洋环境应用的新一代光伏组件。浮体方面，一道新能联合多家科研机构展开了“风浪作用下海上浮体阵列发电结构力学特性分析”课题攻关，对正常典型波浪和极端风载条件进行理论研究，借助超级计算机、运用多款海工工程计算分析软件进行同步模拟和交叉验证，获得了符合我国各种海况条件的最佳浮体参数、浮体互联和组件支撑结构。在此基础上，借鉴海底核废料存储箱等类似环境的材料技术和成型工艺，通过控股子公司推出了海上漂浮式光伏专用浮体及连接附件。系泊与锚固方面，一道新能与福建永福电力设计股份有限公司合作，对海上风电系泊与锚固技术在海上漂浮式光伏系统中的适应性进行了深入研究，获得了一系列科研成果。2021年12月，永福股份正式入股一道新能，共同成立了涵盖“光伏组件、海上浮体、系泊与锚固、电气一次与电气二次”的海上漂浮式光伏整体解决方案业务群。1/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书1.2.主要研究成果简介与知识产权声明截止到2022年3月，一道新能已经取得的专利权或专有技术等成果如下：序号功能部件研究成果名称主要技术特征或技术优势专利号或状态1组件装配组件及光伏系统装配效率高CN202111456055.X2组件光伏电池组件的前板及光伏电池组件减重、提高韧性CN202120680908.73浮体一种浮体阵列弹性件缓冲CN202111494027.74浮体光伏浮体、漂浮单元以及漂浮阵列堆叠运输降低成本CN202120593222.45浮体一种光伏漂浮系统现场装配降低成本CN202120574016.96浮体一种光伏组件用浮体安装结构避免浮体传递应力CN202021936595.97浮体一种光伏组件用浮体的加工方法高压注射提高流动性CN202010931682.38浮体一种光伏用漂浮安装结构多浮体阵列结构简单CN202021314578.19浮体一种太阳能组件漂浮系统及其结构多种浮体，降低成本CN201921207430.510浮体组件漂浮系统及其结构模块化，降低成本。CN201910655054.411浮体套叠注塑浮筒焊接方法现场合体，减少成本CN202111404628.412浮体海上漂浮式轻质浮体结构与成型方法重量轻、成型工艺专利申请书已提交13浮体轻质浮体防撞结构与施工方法防撞设计专利申请书已提交14浮体轻质浮体流水线及控制方法流水生产线与控制专利申请书已提交15浮体轻质浮体力学性能综合试验台力学性能实验室测试专利申请书已提交16系泊海上漂浮式浮体互联结构及施工方法适应频繁起伏条件专利申请书已提交17系泊海上漂浮式浮体互联缓冲装置施工方法专利申请书已提交18系泊海上漂浮式光伏系统专用系泊缆绳专用缆绳专利申请书已提交19电缆海上漂浮式光伏电缆柔性支撑装置应力缓释支撑专利申请书已提交20电缆海上漂浮式光伏阵列直流组串方法直流组串方案专利申请书已提交21电缆海上漂浮式光伏阵列交流汇流方法交流汇流方案专利申请书已提交22锚固海上漂浮式光伏系统混合锚固装置混合锚固专利申请书已提交23锚固海上漂浮式光伏系统锚固设计方法受力校核方法专利申请书已提交24附件海上漂浮式光伏组件紧固装置与方法组件安装附件与方法专利申请书整理中25附件海上漂浮式光伏组件专用拆装工具安装与拆卸工具专利申请书整理中26附件海上漂浮式光伏系泊与锚固连接装置连接装置专利申请书整理中27系统海上漂浮式光伏组件阵列设计方法布局设计方法专利申请书整理中28系统海上漂浮式光伏系统发电量计算方法发电量计算方法专利申请书整理中29系统海上漂浮式光伏经济指标计算方法成本与投资收益计算专利申请书整理中30系统海上漂浮式光伏系统可靠性分析方法可靠性建模与分析专利申请书整理中接下来，一道新能将与国内客户合作，分别在渤海、黄海、东海、南海进行兆瓦级海试，并在材料、部件、产品、系统、方案、设计、施工、检测等多方面持续探索、积累更多的专有技术或知识产权，共同打造完整的海上漂浮式光伏系统技术体系。与此同时，一道新能正对接国家级科研院所和新能源开发国家队，共同申报“十四五”国家重点研发计划“可再生能源技术”重点专项2022年度项目。2/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书1.3.兆瓦级海试的必要性和可行性内湖漂浮式方案直接用在海上出现了很多失败案例，凸现出海上漂浮式光伏项目面临的巨大风险。部分失效模式如下：舟山市白沙岛：塑料浮筒之间的连接件疲劳断裂、方阵被打散，组件被海浪打变形欧洲海试案例：海洋生物在浮体上表面和侧面附着严重由于海洋环境与内湖条件存在巨大差异，不同海域之间的水文特点也存在很大差别，通过小规模海试进行风险评估，必要性充分；结合海上风电工程经验，对组件、浮体等进行优化，安排小规模海试，在经济性和技术性方面均具备可行性。3/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书第二章一道新能海上漂浮式光伏系统概要设计2.1.海况条件及通用需求2.1.1.海况表，海浪级别、有效波高与风力海况表用于海面在风的作用下波动的情况。以下是国际标准海况等级表。海域波级海浪级别有效波高Hs（米）风力海况1级微浪<0.11级波纹、或涌浪和小波纹同时存在，微小波浪呈鱼鳞状，没有浪花。2级小浪0.1-0.52级波浪很小，波长尚短，但波形显著。浪峰不破裂，因而不是显白色的，而是仅呈玻璃色的。3级轻浪0.5-1.253-4级波浪不大，但很触目，波长变长，波峰开始破裂。浪沫光亮，散见的或连片的白色浪花。4级中浪1.25-2.55级波浪具有很明显的形状，许多波峰破裂，白浪成群出现，偶有飞沫，长波状开始出现。5级大浪2.5-4.06级高大波峰开始形成，到处有更大的白沫峰。浪花峰顶占波峰上很大的面积，风削去波峰上。6级巨浪4.0-6.07级海浪波长较长，高大波峰随处可见。波峰上被风削去的浪花开始沿波浪斜面伸长成带状。7级狂浪6.0-9.08-9级海面开始颠簸，波峰出现翻滚。风削去的浪花带布满了波浪的斜面，飞沫使能见度受影响。8级狂涛9.0-14.010-17级海面颠簸加大，有震动感，波峰长而翻卷。海面几乎完全被沿风向吹出的白沫片所掩盖。9级怒涛≥14.017级以上海浪滔天，奔腾咆哮、汹涌非凡。波峰猛烈翻卷，海面剧烈颠簸。能见度严重地受到影响。我国主要沿海海域的海况情况汇总：渤海（辽东湾、渤海湾、莱州湾）：冬季波高0.8-0.9米，周期多半小于5秒。1月平均波高为1.1-1.7米，寒潮侵袭时可达3.5-6.0米。夏秋之间，偶有大于6.0米的台风浪。黄海：秋冬两季浪高常有2.0～6.0米；寒潮过境时浪高达3.5～8.5米；台风过境时浪高则可达6.1～8.5米；受台风侵袭时，可出现2.0～6.0米的涌浪。东海：台风过境或登陆时，最大风力10级，有效波高最高可达8米。南海：最大有效波高达到9.5米（9级狂涛），浪向与季风风向一致。海上漂浮式光伏系统按最大浪高11米进行设计【通用需求01】。4/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书2.1.2.海水深度及变化范围参考海上风电的最大水深，海上漂浮式光伏系统所处海域的海水深度从0到50米之间【通用需求02】。其中，0米指沿海滩涂区域在冬季枯水期的露底情况。水深变化范围与所选海域有关，平均潮差按最大3米计算【通用需求03】。2.1.3.海水腐蚀性海洋环境中的腐蚀主要有化学腐蚀、生物腐蚀、机械作用腐蚀和电化学腐蚀，这些腐蚀一般是同时进行的。其中，对材料影响最大的是电化学腐蚀。海水是良好的导电介质，大多数金属在海水中腐蚀速率很大。海水本身就是强腐蚀介质，海水中高盐、富氧等都是导致其高腐蚀性的重要因素。除此之外，海洋腐蚀还包括海生物污损腐蚀，主要指海生物附着在金属表面上影响氧扩散，造成细菌栖息，改变环境条件，破坏表面膜和涂层。这种腐蚀在船底及海水管道中尤为显著。海洋生物污损腐蚀会导致船舶的航行阻力增大，负载增大，腐蚀加速。同时，波、浪、潮、流产生的低频往复应力和冲击力，再加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。ISO标准将腐蚀环境被分为6类。海洋环境的腐蚀等级最高，受海水飞沫中氯化钠颗粒的影响，近海200米以内的陆地也属于海洋腐蚀环境的范畴。该腐蚀环境对应盐雾试验标准《IEC61701ED3saltmist》的最高等级6级。本方案中光伏组件、浮台、连接件、电气部件等按IEC最高等级6级标准执行【通用需求04】。2.1.4.海洋附着生物海洋附着生物是生长在船底和海中设施表面的动植物与微生物的总称。附着生物分为微型和大型二类,微型附着生物主要包括细菌、硅藻、原生动物、轮虫和线虫等。大型附着生物几乎包括海洋生物各主要门类。世界共有1,000多种(包括动植物在内),我国有100种左右,沿海各省市均有分布。直到现在，海洋生物附着污染的保护还是以试验为主，尽管在某些应用方面取得了一定进展，但由于海洋生物的多样性和海洋环境的复杂性，海洋生物附着的防污保护并没有得到真正的解决。附着生物对海上漂浮式光伏系统的影响包括腐蚀、浮体负重增加、遮挡光伏组件等三类影响。浮体吃水深度冗余量要覆盖25年附着生物增重【通用需求05】；光伏组件表面应经常有海水冲刷，以避免海洋生物出现【通用需求06】。5/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书2.1.5.近岸区域海水表层温度渤海：渤海水温变化受北方大陆性气候影响，2月在0℃左右，8月达21℃。黄海：温度地区差异显著。冬季近岸区域温度0～5℃，夏季24～26℃。东海：冬季近岸区域温度11℃，夏季29℃。南海：冬季近岸区域温度18℃，夏季29℃。上述海水表层温度，均未超出光伏组件的额定工作温度范围。2.1.6.海冰渤海海湾存在海冰现象。冰期约为3个多月。沿岸固定冰宽度一般在距岸1千米之内，而在浅滩区宽度约5-15千米，常见冰厚为10-40厘米。河口及滩涂区多堆积冰，高度有的达2-3米。在固定冰区之外距岸20-40千米内，流冰较多，分布大致与海岸平行，流速50厘米/秒左右。最外侧浮体、系泊与锚固设计时，要考虑海冰冲击【通用需求07】；浮体设计时，要考虑冰冻膨胀的影响【通用需求08】。2.1.7.纬度中国沿海地区的纬度范围从北纬20°到40°之间。相应地，光伏组件的最佳倾角从低纬度地区的10°到高纬度地区的30°左右。海上漂浮式光伏系统要综合考虑防海浪冲击、浮体及系泊与锚固系统造价、发电量、排水等综合因素，以及考虑海浪定期冲刷组件及浮体表面、以减少或避免光伏运维工作量等综合因素，确定合适的倾角【通用需求09】。6/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书2.2.客户需求的最低和最高目标2.2.1.最低目标：人身安全、设备安全与环境安全海上漂浮式光伏系统除了要满足一般光伏项目必须的人身、设备与环境安全相关规定外，还要满足《国家海洋局海上作业安全管理规定》，包括：【客户需求01】浮体作业平台周边必须设置防护栏杆，并挂设安全网，如设置防护栏杆有困难的，工人作业必须系安全带。【客户需求02】浮体作业平台预留施工与运维通道，表面设计必要防滑特征。【客户需求03】浮体作业平台上需备足并正确放置救生设备（救生衣、救生圈、救生绳等）。并配有必需的消防器材。【客户需求04】同一个浮体作业平台，当一个人在任意位置站立、两个人同时在对角位置站立时，浮体应具备保持平衡的能力。【客户需求05】浮体作业平台上提供必要的固定装置，用于放置工具、仪器、个人物品，避免滑落到海中。【客户需求06】系泊与锚固系统的疲劳寿命是浮体及光伏组件寿命的三倍。【客户需求07】浮体、光伏组件、电缆及安装附件的材料选择应符合《海洋工程环境影响评价管理规定》。2.2.2.最高目标：海上风电度电成本与海上风光联合电场平价上网海上风电补贴2021年以后取消。以江苏和山东近海为例，假如初始投资降到12000元/千瓦、发电小时数3500h，则度电成本可降至0.37元/千瓦时，勉强满足开发商平价收益率要求。但目前度电成本约0.4元，距离目标还有不小差距。海上漂浮式光伏系统的度电成本应低于沿海各地的脱硫燃煤标杆电价（例如，0.3元/千瓦时）【客户需求09】，才能达到摊薄风电成本、实现平价上网的目标。地区辽宁河北天津山东江苏上海浙江福建广东广西海南脱硫燃煤标杆电价元/kWh0.3749南网0.3644北网0.37200.36550.39490.3910.41550.41530.39320.4530.42070.4298海上风光联合电场度电成本=0.4×50%+0.3×50%=0.35（元/千瓦时）7/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书2.3.应用场景细分、系统配置需求与解决方案构思为达到精细设计、深度降本、显著增效的目标，根据水深、距离海岸线的距离、是否有海上风电设施等情况，将海上漂浮式光伏系统的应用场景与解决方案细分为三类，分别是沿海滩涂-水陆两栖光伏系统、沿海水面-海上漂浮式光伏系统、近海水面-海上风光联合电场。这三类解决方案，在光伏组件、浮体、逆变器/汇流箱、箱变等方面具有相同或相近的配置，但在系泊与锚固系统、集电电缆、升压站与送出线路等方面，具有完全不同的配置需求，对于综合造价和运维方式等方面也会产生较大影响。2.3.1.沿海滩涂-水陆两栖光伏系统沿海滩涂区域，一般在冬季出现大面积干塘现象，在夏季时岸边水深1-2米。江苏南通启东十里海滩，2022年3月1日山东潍坊莱州湾，2022年2月10日目前主流技术路线是密布桩式固定支架方案，在岸上建设升压站和送出线路。考虑采用水陆两栖光伏系统（方案构思01），有望提高施工速度、降低打桩费用。8/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书2.3.2.近海水面-海上风光联合电场离岸10-40kM距离的海上风电场区域，考虑共用箱变、集电线路、升压变及送出线路、锚固，或提供运维船停靠码头（方案构思02），以降低造价、提高收益。2.3.3.沿海水面-海上漂浮式光伏系统介于沿海滩涂和近海水面之间的沿海水面，离岸1-5kM距离左右，可以布置海上漂浮式光伏系统。可以单独配置箱变、集电线路、升压与并网线路（方案构思03），也可以与沿海滩涂-水陆两栖光伏系统共用升压与并网线路（方案构思04）。2.4.总体架构规划、子系统及功能模块划分与接口定义2.4.1.总体架构规划海上漂浮式光伏系统以浮体、系泊和锚固部件替代了地面光伏电站的地桩和支架，选用海上光伏组件。其余从汇流箱到逆变器、箱变、升压站等配置方案相同。本方案重点关注光伏组件、浮体、系泊、锚固等子系统及功能部件。2.4.2.子系统及功能模块划分光伏组件：太阳能转化为电能的关键部件，在海洋环境下保持功能25年。浮体：为光伏发电设备提供浮力支撑，为施工和运维工作提供作业面。光伏组件在浮体上的固定：支持组件承受风荷载、海浪冲击，要求快速拆装。浮体互联与防撞缓冲：浮体之间可靠连接，对相互碰撞提供缓冲。9/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书系泊与锚固：使光伏浮体阵列固定在特定范围，避免被海风或洋流冲散。水陆两栖特殊设计：当浮体坐在裸露地面时，浮体重力可抵抗风荷载。2.4.3.接口定义机械接口：光伏组件与浮体之间固定、浮体之间互联与防撞、浮体阵列与系泊锚固之间互联、交直流电缆在浮体上柔性支撑、汇流箱等电气设备在浮体上固定。电气接口：本文特指将光伏汇流箱直流输出接入风机变流器直流端的可能性。软件接口：本文特指光伏智能汇流箱、逆变器等运行监控数据与风电相关数据采集器或交换机的通信接口，以及陆上集控中心的人机界面接口。2.5.测试规范2.5.1.光伏通用规范GB50797-2012光伏发电站设计规范GB50794-2012光伏发电站施工规范GB/T18210-2000晶体硅光伏（PV）方阵I-V特性的现场测量GB/T18479-2001地面用光伏（PV）发电系统概述和导则GB/T18912-2002光伏组件盐雾腐蚀试验（即IEC61701-ED3-salt-mist）GB/T50796-2012光伏发电工程验收规范2.5.2.海上风电或海洋工程参考标准GB/T51308-2019海上风力发电厂设计标准GB/T50571-2010海上风力发电工程施工规范GB/T17503-2009海上平台场址工程地质勘察规范NB/T10393-2020海上风电场工程施工安全技术规范NB/T31006-2011海上风电场钢结构防腐蚀技术标准GB/T37424-2019海上风力发电机组运行及维护要求10/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书第三章主要部件选型要点与技术规格说明3.1.光伏组件为适应海浪拍击、干湿交变海水腐蚀、海盐结晶、海洋生物附着等海洋环境特征，对面板厌水透明材料、背板防渗导热材料、电池片布局与电极连接方式、层压件成型工艺、组件周边密封绝缘工艺等多方面进行改进和优化，推出适合海洋环境应用的新一代光伏组件。3.2.浮体为研究浮体材料、形状和系泊方式对海洋环境的适应性，一道新能联合多家科研机构展开了“风浪作用下海上浮体阵列发电结构力学特性分析”课题攻关，对正常典型波浪和极端风载条件进行理论研究，借助超级计算机、运用多款海工工程计算分析软件进行同步模拟和交叉验证。经过模拟分析，获得了符合我国各种海况条件的浮体支撑结构最优参数范围。根据初步计算，浮体自重加光伏组件、电缆和汇流箱的重量对应的吃水深度约为300毫米。由于浮体的总高为750毫米，因此有450毫米的浮力冗余。这个冗余量，可以承受两人同时站在浮台上，或30年的生物附着增重3.3.光伏组件在浮体上的固定方式光伏组件与浮体上表面紧密贴实，以确保承受11米海浪冲击。其中，光伏组件与浮体的固定方式可以采用胶粘、可拆卸嵌入式、周边压板式等多种方式。单个浮体上布置四块光伏组件，按光伏组件额定功率425Wp（420-430Wp）计，单个浮体上布置的光伏组件额定功率为1700Wp。11/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书3.4.系泊与锚固海上光伏电站在受到风、流及浪等共同荷载的作用下，会发生平移或者相互碰撞，对设备产生伤害。系泊系统是保证海上漂浮浮体阵列能够抵御荷载冲击，维持系统稳定的重要结构。距离岸边较远时，常采用水下固定锚块形式系泊系统方式。本项目由多个浮体组成阵列，其运动学特性将不同于浮船或者浮式风电基础，浮体之间存在较复杂的相互影响。因此，在设计中需要考虑如何设计以缩小或消除浮体之间的差异、系泊如何适应不同、系泊缆的载荷均布、系泊连接点强度设计等。本项目的系泊系统采用悬链线形式，光伏阵列各边上系泊点采用重力锚或拖力锚进行锚固，水平投影长度初步设计为30米，具体长度将结合水文及地形资料进行匹配设计。根据水动力分析结果确定单根锚绳最大张力，再据此确定特制柔性缆绳的直径，安全系数取4。系泊与锚固示意图如下：3.5.水陆两栖光伏系统由于浮体体积较大，在沿海滩涂区域海水退潮露出地面时，浮体直接落在地面上，浮体自身的重量可以确保承受50年一遇风载荷；且安装在浮体上表面的4块光伏组件形成独立的固定单元，即使浮体产生一定倾斜现象，也不会导致光伏组件产生内应力。12/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书第四章兆瓦级方阵设计方案与海试计划4.1.总体布局根据环境温度、直流系统电压、并网方式的不同，组串设计时可能存在两种情况：1）是直流系统电压1100V，一般每20块组件组成一路输入，逆变器输出电压380V，低压并网或组成离网系统；2）是直流系统电压1500V，一般每28块组件组成一路输入，逆变器输出电压800V，经过箱变进行升压到35kV后，进入升压站实现高压电网接入。为设计方便，拟采用同样的数量进行方阵布局。使用1700Wp浮体共700块，实际装机容量1.19MW。平均分成两个方阵，每个方阵350块。含锚固部件的总长237米，总宽150米。其中，中间锚桩与风电基础进行联合设计。具体布局如下：根据离网型兆瓦级方阵和并网型兆瓦级方阵两种不同情况，采用不同的组串布局设计。13/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书4.2.海试地点选择海试地点按三类情况进行选择，具体根据用海权、周边航道及其它设施情况综合考虑：1）距海岸线不超过1公里，海况符合当地典型水文特征，水深不超过10米。2）围绕海上风机直径120米范围，水深不超过50米。3）海洋牧场内或旁边，尽最大可能共用海上设施。4.3.海试期间运行维护计划海试时间为365天。期间需要每天采集光伏发电数据、每周去现场查看一次、每月做海试总结。具备有线或无线通信条件的示范项目，可借助已有通信网络收集数据；不具备有线或无线通信条件的，使用离网型自供电数据采集器将数据存储到CF卡中，每周现场查看时由人工获取。4.4.海上测试项目或专项攻关课题以下测试项目或专项攻关课题，需要通过兆瓦级海试来完成。期间，存在测试项不通过、部件或整体方案返工的可能，投资预算中应覆盖这部分的技术风险。序号海上测试项目或专项攻关课题对应的通用需求、客户需求或方案构思预期成果1海浪冲击对光伏电池片隐裂的影响评估【通01】最大浪高11米学术论文2具有缓冲层的海上专用轻质光伏组件【通01】最大浪高11米发明专利3浮体五面承受海浪冲击的失效模式研究【通01】最大浪高11米学术论文4流线型海上光伏浮体及制造方法【通01】最大浪高11米发明专利5海上光伏浮体互联部件疲劳寿命试验台【通01】最大浪高11米【客06】系泊与锚固疲劳寿命发明专利6具有防海洋生物附着涂层的光伏组件【通04】防腐等级IEC-6级发明专利7具有防海洋生物附着涂层的光伏浮台【通04】防腐等级IEC-6级发明专利8用潮汐进行浮体和组件表面清洁的装置【通06】海水冲刷避免生物附着发明专利9漂浮式光伏方阵防海冰装机结构【通07】海冰冲击发明专利10防冰冻膨胀的弧形底面海上光伏浮台【通08】冰冻膨胀发明专利11海上漂浮式光伏系统最佳倾角设计方法【通09】设计合适的光伏倾角发明专利12具有防滑特征的海上光伏浮体【客02】浮体表面防滑特征发明专利14/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书13自平衡型浮体结构及设计方法【客04】浮体应具备平衡能力发明专利14浮体与系泊高可靠性连接件【客06】系泊与锚固疲劳寿命发明专利15水陆两栖光伏系统及设计方法（构思01）水陆两栖光伏系统发明专利16水陆两栖光伏系统专用浮体（构思01）水陆两栖光伏系统发明专利17水陆两栖光伏系统专用系泊装置（构思01）水陆两栖光伏系统发明专利18可接入光伏直流输入的风光互补变流器（构思02）与海上风电共用设施发明专利19共享运维通道与锚固的风光互补装置（构思02）与海上风电共用设施发明专利20环岛漂浮式光伏发电与夜间照明装置（构思05）环岛景区光伏照明发明专利21海上风光互补与海洋牧场一体化装置（构思06）海上风电、光伏与牧场发明专利上表中未涉及的设计需求、方案构思，属于相对简单的需求，可采用文件审核、参数计算等方式完成。光伏组件、浮体、系泊与锚固等材料特性和力学性能，已经各自通过第三方认证测试、出厂前单项测试、设计计算书及材料供应商质量保证等方式完成内测，不包含在兆瓦级方阵海上测试项目中。第五章大规模应用单瓦造价降低路线图与度电成本分析5.1.大规模应用单瓦造价降低路线图随着海上漂浮式光伏技术的不断进步，以及装机量增加带来的规模效应，单瓦造价将会逐渐下降。109754.854.250246810121MW10MW50MW100MW200MW500MW15/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书5.2.大规模应用的度电成本分析以舟山群岛附近海上漂浮式光伏系统为例进行度电成本分析。假设条件如下：项目地光伏最佳倾角20°条件下年等效发电小时数为1084h。按组件平铺设计，年等效发电小时数按最佳倾角的95%计算，即1029.8h。EPC造价包含光伏组件、浮体、到箱变输入端的电缆等物料及施工费，不含箱变及以后的物料及施工费（与风电共用）。融资方式为：资本金30%，贷款70%（年化利率5%，贷款期限15年）。固定资产折旧方式：年限平均法，按15年折旧，残值10%。按浙江省脱硫燃煤标杆电价结算：0.4153元/千瓦时，碳交易收入为0.045元/千瓦时，综合电价按0.4603元/千瓦时。分别按装机规模100MWp造价5元、装机规模200MWp造价4.86元、装机规模500MWp造价4.25元计算。计算结果如下表：装机规模，MWp100200500EPC造价，元/Wp5.04.854.25资本金内部收益率，静态，税后3.84%5.27%11.84%全投资内部收益率，静态，税后4.58%5.01%7.01%投资回收期，年16.415.712.8说明：装机容量100MWp时，全投资收益率4.58%，低于贷款利率4.9%，未达到规模效应。装机容量200MWp时，全投资收益率5.01%，超过贷款利率4.9%，达到盈亏平衡点。装机容量500MWp时，全投资收益率7.01%，超过贷款利率4.9%，且达到央企投资门槛。表中数据是基于当前技术水平和陆地光照条件计估算，随着技术进步、海上测光或选取光照更好的地区，综合造价、盈亏平衡点规模等参数将会有所改善。16/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书第六章海上漂浮式光伏系统与海洋产业跨界整合6.1.环岛浅湾景区漂浮式光伏系统清洁能源供应站与夜景装饰工程利用岛屿附近平坦水域铺设漂浮式光伏系统，比潮间带或12海里海上风电区域更便利、更节省投资。一方面为岛上工作与生活用电提供清洁能源，另一方面可在夜间适用LED景观照明实现夜景装饰效果（方案构思05）。舟山市普陀区虾峙岛浅湾区漂浮式景观光伏、环岛环形漂浮式光伏构想6.2.海上光伏浮体、锚固与网箱一体化渔光互补型海洋牧场利用海上光伏的浮体与锚固部件，与海洋牧场的网箱结合，打造渔光互补型海洋牧场（方案构思06）。17/18一道新能版权所有2022年一道新能海上漂浮式光伏系统兆瓦级海试方阵总体设计方案技术规格说明书第七章课题研究、技术开发与产业链合作建议7.1.基于区块链的清洁能源微电网与沿海零碳经济带空间规划研究将试行中的隔墙售电模式进行全面升级、定向试点，利用区块链技术，将沿海滩涂水陆两栖光伏发电、沿海水面漂浮式光伏发电和近海风光联合电场组成清洁能源微电网，向沿海化工、渔业深加工、沿海工业区直接供应清洁能源，打造沿海零碳经济带，为提前实现双碳目标探索新路。左图，沿海零碳经济带（蓝色）右图，基于区块链的清洁能源微电网（绿色）7.2.水陆两栖与海上漂浮式光伏、海上风光联合电场关键技术开发就4.5表中21项科研课题进行联合攻关和技术开发，进一步完善海上漂浮式光伏及海上风光联合电场的技术体系，编制设计、施工与试验规范或地方标准，申报“十四五”国家重点研发计划“可再生能源技术”重点专项。7.3.海上漂浮式光伏系统产业链深度合作与沿海区域的开发项目和本地资源对接，打造集中研发、本地制造、全程服务的海上漂浮式光伏系统生态圈，建设从技术研究到产品开发、从系统集成到解决方案、从生产供应到项目施工的全产业链体系。18/18一道新能版权所有2022年