T/CPIA 0056-2024 漂浮式水上光伏发电锚固系统设计规范

ICS27.160

CCSF12

团体标准

T/CPIA0056—2024

漂浮式水上光伏发电锚固系统设计规范

Codefordesignoffloatingphotovoltaicanchoringsystem

2024-03-10发布2024-03-15实施

中国光伏行业协会  发布

T/CPIA0056—2024

目次

前言.................................................................................III

1范围................................................................................1

2规范性引用文件......................................................................1

3术语和定义..........................................................................1

4环境荷载计算........................................................................2

4.1总述............................................................................2

4.2设计输入........................................................................3

4.3风荷载..........................................................................3

4.4波浪荷载........................................................................6

4.5流荷载..........................................................................7

4.6极限环境荷载组合................................................................9

5锚固系统设计.......................................................................10

5.1总述...........................................................................10

5.2锚固系统设计校核工况...........................................................10

5.3方阵漂移计算与安全距离校核.....................................................11

5.4锚固系统强度计算校核...........................................................13

5.5锚固基础承载力校核.............................................................14

5.6材料选型与防腐.................................................................18

I

T/CPIA0056—2024

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国光伏行业协会标准化技术委员会提出。

本文件由中国光伏行业协会标准化技术委员会归口。

本文件起草单位：阳光水面光伏科技股份有限公司、中国电子技术标准化研究院、北京鉴衡认证中

心有限公司、江苏海洋大学、中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司、大唐国信滨海海上风力发电

有限公司、长江勘测规划设计研究有限责任公司、中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司、中

国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司、中电建湖北电力建设有限公司、中国电建集团中南勘测

设计研究院有限公司、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、西安热工研究院有限公司、中国海

洋石油有限公司。

本文件主要起草人：吴维武、赵书恒、李翔、李其聪、孔剑桥、纪振双、缪泉明、滕楷、姜浩杰、

刘海波、张海峰、尚敏帅、柯如洋、徐阳、田鸿翔、郗航、黄海龙。

III

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漂浮式水上光伏发电锚固系统设计规范

1范围

本文件规定了针对漂浮式水上光伏发电锚固系统设计的环境荷载计算方法、锚固设计方法及要点。

本文件适用于建设在内陆水域的漂浮式水上光伏项目，为从事水上光伏锚固设计人员提供设计依据。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T33364—2016海洋工程系泊用钢丝绳

GB50009—2012建筑结构荷载规范

JTS145—2015港口与航道水文规范

JTS144—1—2010港口工程载荷规范

JTS151-2011水运工程混凝土结构设计规范

JGJ94—2008建筑桩基技术规范

JGJ106—2014建筑基桩检测技术规范

ISO12944-2017钢结构防护涂料系统的腐蚀保护（CorrosionProtectionofSteelStructures

byProtectivePaintSystems）

ISO14713-1：2009锌镀层铁和钢结构中抗腐蚀保护的指南和建议第1部分:设计和抗腐蚀一

般原则（Zinccoatings—Guidelinesandrecommendationsfortheprotectionagainstcorrosion

ofironandsteelinstructures—Part1:Generalprinciplesofdesignandcorrosionresistance）

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

最大波高maximumwaveheight

观测记录中出现的最大波高值或设计重现期内的最大波高值。

3.2

风生流wind-drivencurrent

由风的切应力作用于水面产生的水流。

3.3

风生浪wind-drivenwave

由风的切应力作用于水面产生的波浪。

3.4

一阶波浪力firstorderwaveforce

由入射波和绕射波共同作用产生的波浪力。一阶波浪力与波幅成正比，其变化频率特征与入射波的

频率特征一致。

注：也称波浪激励力（waveexcitingforce）。

3.5

平均波浪漂移力meanwavedriftforce

波浪二阶力中的定常部分。其值与波幅的平方成正比，其频率特征远低于典型的波浪频率。

3.6

1

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计算流体动力学computationalfluiddynamics；CFD

使用计算机和离散化的数值方法对流体力学问题进行求解，从而可预测流场流动和分布。

3.7

系泊点mooringpoint

系泊缆绳与水上光伏方阵的连接点。

3.8

锚固点anchoringpoint

系泊缆绳与锚固基础的连接点。

3.9

系泊缆mooringline

用于限制漂浮方阵运动以保证其所在位置时刻满足设计要求的绳索，一般包括缆绳、连接件以及其

他辅助配件。

3.10

重力锚deadweightanchor

靠锚体自身重力以及锚底部与水底摩擦力提供承载力。

注：材质通常为钢或钢筋混凝土材料。

3.11

桩锚pileanchor

靠桩体与土体的侧阻力和水平阻力提供承载力。

注：材质通常为碳钢或钢筋混凝土材料。

3.12

列column

从南（北）侧至北（南）侧依次布置的一排光伏组件。

3.13

行row

从东（西）侧至西（东）侧依次布置的一排光伏组件。

3.14

背向风backwind

光伏组件背面所受到的风。

3.15

正向风forwardwind

光伏组件正面所受到的风。

3.16

方位角azimuthangle

从方阵局部坐标系下的指北方向线起，依顺时针方向到来风、来浪或来流方向线之间的水平夹角。

注：对应的环境条件也称为风向角、浪向角、流向角。

3.17

粘性土cohesivesoil

塑性指数大于10的土。

注：例如黏土、粉质黏土、淤泥质黏土等土质。

3.18

非粘性土cohesionlesssoil

粘粒含量少，呈单粒结构，不具有可塑性的土。

注：例如碎石（类）土和砂（类）土。

4环境荷载计算

4.1总述

4.1.1水上光伏电站承受的环境荷载主要有风荷载、波浪荷载、流荷载、雪荷载等。本文件中主要讨

论与锚固设计相关的风荷载、流荷载以及波浪荷载的计算方法。对于内陆水域地震荷载和冰荷载对水上

2

T/CPIA0056—2024

光伏电站锚固系统的影响可忽略不计。

4.1.2在计算环境荷载时，环境条件重现期通常选取25年，不同环境条件的方位角（风向角、浪向角、

流向角）的定义见图1。

北

西北东北

西东

方位角φ

西南东南

南

图1环境条件方位角

4.2设计输入

4.2.1本节所述环境条件为影响漂浮式光伏电站设计的自然环境条件，主要包括风、浪、水流、水深、

水位落差、潮汐、水底地质等。

4.2.2选取年最大风速数据时，一般应有当地25年以上的风速资料；当无法满足时，风速资料不宜少

于10年。观测数据应考虑其均一性，对不均一数据应结合周边气象站状况等作合理性订正。当缺失风

速资料时，可根据GB50009—2012中表E.5直接选取对应地区的设计风压。

4.2.3波浪特征要素如波高和周期等应使用专业的观测设备和装置搜集，例如波浪浮标和波浪观测仪

等。在缺失实际观测数据的情况下，可利用波浪数值模拟推演模型进行预报，例如MIKE21等，也可以

使用经验公式对波浪要素进行估算，具体估算方法参见JTS145—2015中7.2的规定。

4.2.4内陆河流流速应由长期观测资料整理分析后确定；内陆湖泊流速可以根据长期观测或风生流数

值模拟确定。

4.2.5确定设计最大水深与水位落差时，应结合历史观测资料并考虑雨季和洪期对水深、水位的影响。

4.2.6锚固设计需考虑项目地周边或水底地质条件，在项目地进行地质条件勘测，并将勘测结果作为

设计输入资料。

4.2.7锚固设计应考虑光伏区水质和大气环境，应针对光伏区进行水质条件和大气环境数据的收集，

将结果作为设计输入条件。

4.3风荷载

4.3.1取项目地最大风速作为设计输入参数，通常光伏组件背向风荷载较大，以背向风荷载为计算基

础，具体计算思路见图2。

单体背向风荷载单列背向风荷载方阵背向风荷载方阵不同风向风荷载

图2风载荷计算思路

4.3.2风荷载计算需要的输入参数见表1。

3

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表1风荷载计算输入参数

计算输入单位

设计风速（10米高空10分钟平均）U0m/s

光伏组件倾角θ°

光伏组件面积Am2

2

浮体水上迎风面积Afm

光伏组件体形系数μsl—

列遮蔽系数CS—

方向系数K—

地面粗糙度类别—

计算方阵的行数Nr—

计算方阵的列数NC—

4.3.3单体结构的风荷载计算可参考GB50009—2012中公式8.1.1-2，垂直作用于结构表面的风荷载

标准值应按照公式（1）计算：

wk=βgzμslμzw0·················································（1）

式中：

2

wk——风荷载标准值，单位为牛顿每平方米（N/m）；

Βgz——高度z处的阵风系数；

μsl——风荷载局部体形系数；

μZ——风压高度变化系数；

2

w0——基本风压，单位为牛顿每平方米（N/m）。

4.3.4地面粗糙度指的是水上光伏项目地周围的环境粗糙度可分为A、B两类：

a）A类指空旷的湖岸及沙漠地区；

b）类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇。

4.3.5组件阵的风系数βgz见表2。

表1阵风系数选取

粗糙度A类B类

阵风系数βgz1.651.70

4.3.6体型系数μsl，应依据风洞实验结果或经过验证的CFD仿真分析结果取值。如无相关数据，可参

考以下标准取值，光伏组件倾角小于10°时参考值为1.0，光伏组件倾角大于10°小于30°时，参考

值为2.0，浮体参考值为1.3。

4.3.7风压高度变化系数μZ见表3。

表2高度变化系数选取

粗糙度A类B类

高度变化系数μZ1.091.00

4.3.8基本风压根据按公式（2）计算：

1

w=ρV2······················································（2）

020

式中：

2

w0——基本风压，单位为牛顿每平方米（N/m）；

V0——设计风速，单位为米每秒（m/s），取10米高空10分钟的平均风速；

ρ——空气密度，单位为千克每立方米（kg/m3）。

4.3.9作用在单一光伏组件上的背风向水平风荷载Fh按公式（3）计算：

Fh=Awksinθ··················································（3）

式中：

Fh——单一光伏组件上的背风向水平风荷载，单位为牛顿（N）；

A——光伏组件面积，单位为平方米（m2）；

2

wk——风荷载标准值，单位为牛顿每平方米（N/m）；

θ——光伏组件倾角，单位为度（°）。

4

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4.3.10浮体水面以上部分迎风面积示意图见图3，作用在单一浮体上的背风向水平风荷载Ff按公式（4）

计算：

Ff=Af∙wk·····················································（4）

式中：

Ff——作用在单一浮体上的背风向水平风荷载，单位为牛顿（N）；

2

Af——单块光伏组件对应的浮体水面以上部分迎风面积，单位为平方米（m）；

2

wk——作用在浮体结构上的风荷载标准值，单位为牛顿每平方米（N/m）。

光伏组件

光伏支架

浮体迎风面积Af

浮体迎风面积A

水线面f水线面

a）正视图（背向风视角）b）侧视图

图3浮体水面以上部分迎风面积示意图

4.3.11漂浮式水上光伏发电站为阵列式结构，计算列风荷载时应考虑前部结构对后部结构的遮蔽效应

（遮蔽系数示意图见图4），通过引入计算参数遮蔽系数CS计算后部结构风载荷。遮蔽系数CS应通过

CFD仿真或风洞实验获取，按公式（5）计算：

Fh(n)

Cs(n)=····················································（5）

Fh(1)

式中：

CS（n）——第n排的遮蔽系数；

Fh（n）——迎风侧第n排的水平风荷载，单位为牛顿（N）；

Fh（1）——迎风侧第1排的水平风荷载，单位为牛顿（N）。

4.3.12漂浮式水上光伏阵列背风向风荷载按公式（6）计算：

Fc=Fh(1)×[1+(Nr-1)×Cs]+Ff(1)×[1+(Nr-1)×Csf]························（6）

式中：

FC——单列背风向风荷载，单位为牛顿（N）；

Nr——方阵光伏组件的排数；

Fh（1）——迎风侧首排光伏组件的水平风荷载，单位为牛顿（N）；

Ff（1）——迎风侧首排浮体的水平风荷载，单位为牛顿（N）；

Cs——光伏组件遮蔽系数平稳段的平均值；

Csf——浮体遮蔽系数平稳段的平均值。

来风向迎风侧

h

hF(1)

F(2)

Fh(3)

……

Fh(n)

光伏组件编号（由北至南）

a）背向来风情况光伏组件编号示意b）遮蔽系数曲线示意

图4遮蔽系数示意图

4.3.13方阵整体背风向总荷载FN可根据方阵排布，按公式（7）计算：

FN=Fc×Nc····················································（7）

式中：

FN——方阵整体背风向受到的风荷载，单位为牛顿（N）；

FC——单列背风向风荷载，单位为牛顿（N）；