【下篇】千年一遇,台风是要成精了!(澳洲光伏跟踪器重现期选择)

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来源:小树洞谈光伏支架 作者:John Smart


引言

近几年,随着几个大型化石燃料发电站陆续退役,澳大利亚光伏市场正在迅速膨胀,预计到2020年,对于新能源的需求会达到33GW。而根据Rystad Energy的统计,目前将近83%的光伏电站采用的是平单轴跟踪系统。尽管排名前三的跟踪器厂家(ATI, NEXTracker和Arctech)进入澳洲市场的时间并不长,但已经拥有澳洲90%的跟踪器市场占有率。相对于其他市场,澳大利亚采用独特的买卖电价方式,其制度和应用规范的要求非常完善。这次小树洞带大家学习下,在澳大利亚设计一款跟踪系统时如何选取风荷载的重现期。

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截止11月3日,今年新建的太阳能及风能电站(数据来源:AEMO)

由于澳大利亚独特的电价方式,有许多组织和机构都会对其进行检测和分析,网上能查到很多的分析数据及资料,主要的几个机构包括AERNA,AEMC和AEMO等。

小树洞最常用的是AEMO (Australian Energy Market Operator),在AEMO上可以下载到很多最新的新闻和分析数据,而且大部分都是公开免费的,小树洞收集了最新的各州新能源电站信息(截止11月3日),感兴趣的朋友可以在公众号内回复“AEMO”即可下载

好了,废话不多说,我们进入到今天的主题,如何使用澳大利亚的规范来正确的选择光伏跟踪器的风荷载重现期。

澳大利亚的规范构成层级

对于澳大利亚规范来说,我们比较熟知的就是AS1170,但是很多人并不清楚,其实AS1170只是澳大利亚规范组成的一部分,而且层级最低。

澳大利亚规范大体上分成三个层级:

高级:澳大利亚政府法律法规

Australian Grovernment Legislation

中级:澳大利亚工程建设规范

NCC(National Construction Code)

低级:澳大利亚荷载规范

AS1170(Australian Standards)


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从上面的层级来看,AS1170从属于NCC,那么什么是NCC呢?

NCC对跟踪器设计有什么要求?

NCC是由COAG (Council of Australian Government)发起的,并由

ACBC (Australian Construction Building Code)负责出版的规范,最新版本为2016版,其主要分成4个部分:

Volume 1:用于Class 2到9的建筑物

Volume 2:用于Class 1和10两种建筑物

Volume 3:所有类型建筑物给水排水系统

CPR:对于所有类型建筑物的辅助要求

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这里引来了一个问题,从Class 1到10,采用的是不同的规定,不同的书,那么如何界定跟踪器是属于第几类建筑,我们又该看哪本书呢?

我们知道光伏电站每天面对太阳,将光能自动转换成电能,是不需要有人在上面进行操作的,NCC里面规定,对于不住人的建筑物可以划分为Class 10,包含有a,b,c三类,其中Class 10c是特定指Bushfire Sheleter,所以从下面这张图我们可以判断出,光伏跟踪系统属于Class 10b类

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▵ NCC里对于Class 1和Class10的分类
定义完跟踪器的建筑类型后,我们就可以有针对性的查看NCC的Volume 2这本书了。
在Volume 2里,我们可以略过其他章节,直接看Part 3. Structrual Design Manuals。在这一部分里,有两个问题需要引起注意,一个是Importance Level的选择,另一个是荷载MRIs的硬性规定

Importance Level的选择

澳大利亚的光伏电站,一般采用的是Importance Level I和II两类重要性等级,在NCC里面,有对两种重要性等级的解释,小树洞摘抄并翻译如下:
Importance Level I.
“is for minor isolated structures that rarely contain people, are not required as part of normal infrastructure and present a low risk to life and other property.”
“重要性等级1,是针对那些不重要的孤立建筑物,它们几乎不会有人居住,也不是常规基础设施所要求的一部分,并且对生命和其他财产只会产生很低的风险。”
Importance Level II.
“includes domestic housing and structures intended to contain reasonable numbers of people under normal operations.”
“重要性等级2,包括那些在正常运行的情况下,含有人的房屋和建筑物。”
由于澳大利亚光伏市场原先都是以屋顶系统为主,对于在有人居住的房屋顶上建造的光伏支架,采用II类的重要性等级无可厚非。但是CEC(Clean Energy Council)曾出过一则建议文档,“Best Practice Requirements – PV mounting equipment”,里面居然规定地面电站也需要采用II类重要性等级。将屋顶支架的这种II类重要性等级衍生到地面电站里,小树洞觉得比较欠妥。个人认为光伏电站可以使用I类重要性等级,而且对于跟踪系统来说,往往并不是因为极限承载力不够而产生的失效。在低风速下共振所导致的损坏概率更大。
当然,如果客户有硬性的要求,那么还是得按照要求执行。

荷载重现期(MRIs)的选择

在NCC Volume 2的Part. 3里也规定了对于不同重要性等级情况下,风、雪和地震荷载的重现期选择。其中对于风荷载,还分成了非台风区台风区两种情况。

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NCC对不同荷载重现期的规定
从上表可知,对于重要性等级I类的非台风区域,需要采用100年一遇的风速来进行计算。所以也可以说,100年一遇风速是跟踪系统最低的风速要求
那么哪里是台风区,哪里是非台风区呢?接下来我们就要去找NCC的下级,AS1170了。

AS1170的构成

AS1170主要由5大部分组成,分别是:
AS1170.0:规范综述
AS1170.1:用于计算恒荷载
AS1170.2:用于计算风荷载
AS1170.3:用于计算雪荷载
AS1170.4:用于计算地震荷载
其中AS1170.3雪荷载部分我们很少用到,而AS1170.4地震荷载部分只有在重要性等级为II时才会使用到。所以对于跟踪系统来说,主要使用的还是AS1170.0综述以及AS1170.2风荷载这两个部分。

AS1170.0规范综述

与NCC只规定了Importance Level I和II不同,在AS1170.0里面更详细的规定了其他的重要性等级。

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▵ AS1170.0定义了1~5,共五种重要性等级
另外,相对于NCC单调的将所有建筑物只使用重要性等级来规定重现期,AS1170.0还另外将设计寿命(Design Life)这个因素加入到了重现期的选择中

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▵ 对应不同的设计使用寿命以及重要性等级,规定了各个荷载的重现期

从上面的表,我们可以推断出,NCC所规定的重现期其实是基于50年的设计使用寿命,对于一些设计使用寿命为25年的光伏电站,则可以使用对应更小的重现期。比如25年设计寿命,重要性等级I类,风速则按照100年一遇重现期进行选择。

AS1170.2风荷载规范

前面我们讲到,对于非台风区和台风区,风荷载使用的重现期是不同的,如何区分台风区域,则需要阅读下AS1170.2,在AS1170.2里面,有一张风速图,标明了Region A到D四种风区,其中Region A和B为非台风区,Region C和D则为台风区。

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▵ AS1170.2将风速分为A/B/C/D四种风区

当定义好重要性、设计寿命、风区以及重现期后,就可以来选择风速了,AS1170.2里面提供了多种风速的来供工程师选择。

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▵ AS1170.2风速表


最后,小树洞将光伏跟踪器可能使用到的各种风速情况汇总如下,供大家参考。当然,这里讨论的都是在Ultimate Limit States下的风速,对于计算桩基的Serviceability Limit States分类比较简单,这里就不做过多解释。

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END

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原文始发于微信公众号(坎德拉学院):【下篇】千年一遇,台风是要成精了!(澳洲光伏跟踪器重现期选择)

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