导语
由中建八局承建的新疆若羌400万千瓦光伏工程总承包项目I标段施工建成，已具备并网条件，预计十二月全容量并网，在这个关键节点下，《施工技术》杂志特别邀请项目建设单位——中建八局总承包公司科创中心负责人余少乐和我们介绍了项目建设过程中的设计理念和先进技术，并分享了“333”的新能源技术培育体系，以期为行业内的专业人士提供参考与借鉴。
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沙戈荒地区建设大型新能源工程的必要性
IPCC第五次评估报告中进一步确认人类活动影响是造成20世纪中叶以来气候变暖的主要原因，为面对日益严峻的环境挑战，各国政府已积极制定了各项应对措施，其中节能降碳无疑是关键环节。2020年9月，在联合国第75届一般辩论会上我国首次明确提出“碳达峰”、“碳中和目标”；十四五规划也提出要加快发展方式绿色转型，坚持生态优先、绿色发展；不久前，习总书记在主持中共中央政治局第十一次集体学习时指出：“绿色发展是高质量发展的底色，新质生产力本身就是绿色生产力。”因此，推动国家、企业新质生产力加快发展，就要走低碳建造、绿色发展之路。
能源绿色化对碳排放强度及总量下降具有最重要的作用。国家能源局印发的《2024年能源工作指导意见》指出，2023全年风电、光伏装机增加10.5亿千瓦，2024年风电、太阳能发电量占全国发电量的比重要达到17%以上。中国计划到2030年实现非化石能源占次能源消费比重达到20%左右，因此新能源领域发展前景广阔，对于实现我国“双碳”目标意义重大。
目前，以规模化、综合化、一体化为特点的风光大基地开发成为新能源项目开发的主要模式。我国西北部地区地域广阔，大片分布着戈壁、沙漠、荒漠等未经开发区域，由于该地区位于高纬度地区，阳光照射时间长，光照条件优越，因此拥有丰富的太阳能资源，适合进行大规模的集中式光伏发电工程开发。根据《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》，到2030年将规划建设风光基地总装机约4.55亿千瓦。“十四五”过半，我国以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局正在加快实施，前两批基地项目已全面或陆续开工建设，沙戈荒地区光伏基地建设如火如荼。
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大型集中式光伏项目案例
中绿电若羌400万千瓦光伏项目
中绿电若羌400万千瓦光伏项目，位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州若羌县，塔克拉玛干沙漠的东南边缘，若羌县以其新疆东南咽喉要冲的地理位置、丰富的自然资源和深厚的历史文化底蕴，成为连接古代与现代、资源开发与生态保护、区域发展与国际合作的关键节点，若羌县拥有丰富的光热资源。
项目地理位置
项目地质形貌
本项目占地面积11.40万亩(76.02平方公里)，项目建设规模交流侧装机400万千瓦，年平均发电量69.08亿千瓦时，拥有桩基98.3万根、支架单元48960组，是目前全球单体装规模最大的光伏项目。项目于2023年9月份开工建设，同步配套建设4座全国单座变电规模最大、评审最齐全的百万级220KV升压站、综合楼、输电线路等附属工程设施，每座升压站拟经1回220kV输电线路接入在建的若羌750kV变电站。
项目投运后每年平均上网电量为690667.75万KWh，可节约标煤约208.24万吨，减少二氧化碳(CO2)600余万吨，环境效益明显，助力“双碳”目标实现。对于进一步丰富若羌县太阳能利用方式，推进产业结构调整、发展方式转变和增长动力转换，培育战略性新兴产业、节能减排、促进生态文明建设具有重要意义。
项目新疆新闻联播报道
项目国家级媒体报道
中绿电米东350万千瓦光伏项目
该项目位于新疆乌鲁木齐北部米东辖区内，靠近准噶尔盆地古尔班通古特沙漠南侧边缘，距离乌鲁木齐市区约102km，约3小时车程，为新疆维吾尔自治区重点建设项目。其中由中建八局总承包建设有限公司承建的Ⅰ标段200万千瓦光伏项目占地约11.25万亩，为南北狭长形状，东西约7公里，南北约29公里，项目建设2.0GW集中式光伏，建设内容主要包括土建、电气工程、220kV汇集站、生产综合楼、道路工程及其他配套设施等。
作为乌鲁木齐市现代化产业体系的重要组成部分和重点打造的产业之一，项目的建设不仅对于保护环境、减少大气污染具有积极的作用，同时将进一步改善新疆电源结构，缓解当地电力供需矛盾，促进当地经济与社会发展，为国家构建清洁低碳、安全高效的能源体系。项目建成后年均发电约60亿kWh，每年可满足300万家庭用电需求，节约标准煤约为183万t，减少氮氧化合物排放量9.1万t，减少二氧化碳排放量约为474万t。
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面临挑战及技术体系
沙戈荒地区由于地理环境的特殊性，面临着复杂多变的气候和地形条件，光伏电站建设面临着一系列挑战。以新疆米东光伏项目为例，其主要困难在于：
（1）建设体量巨大，施工管理困难。米东项目工程量总计可达116万根桩基，8万余吨光伏支架，但是建设工期仅有短短9个月时间。时间紧、任务重，各个大型施工片区的管理难度急剧提升，对于前期的施工方案策划提出了更高的要求。
（2）地质条件复杂，土壤腐蚀性强。米东项目位于沙漠腹地，属于古尔班通古特沙漠南侧边缘。古尔班通古特沙漠是中国第二大沙漠，也是中国面积最大的固定、半固定沙漠，面积可达4.88万平方公里。项目地形地质条件复杂，多为砂土和盐渍土，土壤中硫酸根离子、氯离子等易导致光伏桩基腐蚀，对地基与基础工程具有较强的危害性。
（3）气候环境恶劣，季节温差极大。米东项目所在地为典型的温带大陆性干旱气候，夏季温度可超50°C，冬季则可能降至-30°C以下，冬季积雪时间长达4个月，冬夏温差可超过80°C。恶劣的环境和极端的温差易对施工效率和质量造成不利影响。
（4）风场环境复杂，风致破坏频发。新疆大风风力强、持续时间长，沙漠中瞬时风速可超过30m/s，沙暴天气频发，对于光伏结构的安全性产生严峻挑战，如何通过合理的抗风设计减轻风致振动的影响是必须考虑的问题。
（5）传统施工工艺效率低、成本高。米东光伏项目为南北狭长形状，东西约7公里，南北约29公里，占地约75平方公里，为常规中型（10万平米为例）房建项目占地面积的700余倍。传统的施工工艺不再适用于大型集中式光伏电站的大基地建设，亟需引入智能化、绿色化的新型施工工艺保障光伏电站的高效建造。
（6）缺水缺电问题非常突出，人员生活生产不易保障。米东项目位于沙漠腹地，年降水量70～150毫米，项目红线范围内未通市政供水，需从50公里外的城镇用水车运输；项目建设期接入市电困难，多使用柴油发电机保障生活生产用电，成本高昂且不环保。
（7）交通不便、通信困难。米东项目多为临时道路，交通条件差，易塌陷拥堵，导致桩基、支架等大宗原材料的运输困难；项目未覆盖通信信号，仅通过无线电对讲机联络，沟通效率低，难以做到有效信息的快速传递。
为了解决这些难题，总承包公司积极践行国家双碳战略，聚焦新能源大基地建设，形成了“333”的新能源技术培育体系，即规划设计、综合建造、运营运维3个阶段，光伏、风电、储能3个业务方向，产品库、装备库、工艺库3类核心生产要素库，致力于解决在极端环境影响下的超大型光伏电站建设难题，力求形成新的差异化竞争优势。目前我们团队已在光伏领域开展3类、20余个研发子项攻关，有效助力光伏电站高效建造。
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实现大型光伏工程高效建造的关键路径
围绕沙戈荒地区集中式大型光伏基地建设的重大技术难题，我们进行了光伏电站全生命期综合建造的研究。通过多学科交叉融合，采用工程调研、仪器研发、基础试验、理论分析、数值模拟等手段，开展新型施工技术与装备、生产生活保障产品、智能运维系统以及光伏设计优化等一系列的研究与研制，旨在通过技术创新提高建设效率，降低项目成本，保障工程质量。
设计阶段
（1）开发适用于沙漠起伏地貌下光伏面板风荷载分析与取值方法
针对光伏电站在大风天气下因风致振动而易产生结构破坏的难题，通过分析沙漠起伏地貌的风场特性，提出基于风场数值模拟和风洞试验的风荷载分析方法，并结合光伏面板的结构特点，提出风荷载取值的优化策略。该方法能够有效提高光伏电站在沙漠地区抵抗风荷载的能力，降低风致振动对光伏面板的破坏风险。
（2）开发适用于沙漠起伏地貌下的光伏组团科学布局方法
结合光伏面板的结构特点，提出了光伏组团布局的优化策略，降低风致振动对光伏面板的破坏风险；在此基础上，从各种布置形式下内外围的划分、折减效应的利用等方向研究大型阵列内外围划分及干扰效应研究。
（3）开展柔性光伏支架结构研究
沙戈荒地区地形条件复杂，开展轻质柔性支架研究有助于提高施工效率。结合场地地貌特点，以全寿命期最优造价为目标，选用高强度、耐腐蚀材料，合理设计柔性支架的几何参数，并考虑沙戈荒地区极端气候条件下的抗灾变性能；研究柔性支架的施工工艺流程，开发适用于柔性支架施工的机械设备，包括起重机械、运输设备等，提高其适应性和操作性，并通过工艺优化达到提高建设效率的目的。
建造阶段
（1）桩位自动放样机器人研发
针对超大型集中式光伏电站的建设过程中，传统的人工RTK设备放样存在工作强度大、劳务成本高、测量误差难以避免等问题，开展放样机器人研发，具体包括自动导航技术研究、路径规划与优化技术研究、自动喷漆技术研究及系统开发。
（2）智能无人光伏钻机研发
针对桩基施工过分依赖人工，劳务成本高昂等问题，开展无人钻机研发。研究基于卫星定位、IMU、激光雷达、视觉等多传感器融合的定位技术，实现厘米级定位精度；研发基于双轴倾角传感器的桅杆实时监控技术，通过传感器感知数据、驱动液压控制桅杆姿态。
（3）全自动折叠光伏箱研发
针对沙戈荒地区通常缺乏电网供应，临时用电无法保障，进行折叠光伏箱产品研发，确定快速装拆光伏板的设计参数，采用自动化机械臂和传感技术，实现光伏板的快速装拆；充分考虑光伏组件的使用寿命要求和折叠频率高等因素，找到最适合沙戈荒地区环境的折叠机构，以确保可靠性和便捷性。
（4）基于反渗透膜的沙戈荒地区水处理装置研发
针对沙戈荒地区交通条件极为不便，用水困难，工程项目所在地的地下水多为盐碱水，不能直接用于生活和生产，进行水处理装置研发。对施工项目所在地盐碱水进行详细的水质分析，包括水质成分、盐度、PH值等；通过对各种反渗透膜材料的筛选和比较，选择适用于盐碱水处理的高效膜材料。
（5）光-储-柴多能互补微电网系统研发
针对离网环境下电力供应不稳定，沙戈荒地区用电困难，进行光储柴一体化系统研发。基于离网建设项目的电力负载变化特征，研究光储柴多能互补微电网的设计方法，具体包括系统设计，光伏、储能、柴发、逆变器、PCS等设备选型等。
（6）新型高性能复合钢光伏支架研发
针对传统光伏支架构件自重较大，且在强风沙与腐蚀环境下可能存在镀层剥落等耐久性问题，采用双面复层高性能复合钢材，从材料、截面、构件、结构四个维度进行研究，研发兼备轻质高强、高耐腐蚀性、低全生命周期成本优点的新型高性能复合钢构件。
运维阶段
沙戈荒地区的光伏电站在极端自然条件下，面临施工场地庞大、传统项目管理手段难以满足实际需求的挑战。为提高运维效率和故障诊断的准确性，迫切需要开发智能运维系统。
（1）目标检测算法模型优化研究
在常规目标检测模型中，通过增加训练数据，特别是针对光伏基地构件的标注数据，可以显著提升模型的识别精度。根据相关研究，增加训练数据量可以有效减少模型的过拟合现象，并提高其泛化能力。
对常规目标检测模型的网络结构进行改进，如增加卷积层、调整网络深度等，可以进一步提升模型的识别精度。研究表明，适当的网络结构改进可以显著提高模型的性能，尤其是在复杂背景下的目标识别任务中。通过上述调优手段，相应模型在光伏基地构件识别任务中的精度得到了显著提升，这表明模型在复杂背景下的目标识别能力得到了有效增强。
（2）智能运维平台开发
开发一种采用轻量化架构设计的智能运维平台，该平台可通过新型目标检测模型、实时监控和数据分析，快速识别异常情况，并生成相应的预警信息，实现准确、快速、有效的光伏电站故障诊断及故障预警。平台的轻量化设计使得其在沙戈荒地区等资源受限的环境下也能稳定运行，对于硬件设备的要求大幅降低。此外，平台还应支持远程监控和数据可视化功能，方便运维人员进行实时操作，提高运维效率和故障诊断的准确性。
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结语
新型能源体系将成为保障国家能源安全的坚实屏障、积极应对全球气候变化的重要举措、推动经济高质量发展的有效支撑，沙戈荒地区光伏大基地建设对于实现“双碳”目标具有重要意义。但是在沙戈荒地区建设大型光伏电站面临多种极端环境条件下的设计、施工、运维难题，确保新能源大基地的高效建造其关键在于开展光伏电站全生命期综合建造技术研究。未来我们将通过新型绿色低碳产品、智能装备的研制以及新型建造工艺的研发，推动我国可再生能源产业可持续发展，为实现碳中和目标作出积极贡献。
本期受访嘉宾简介：
余少乐，工学博士，高级工程师，2017年同济大学土木工程专业毕业进入中建八局总承包公司工作，现在担任中建八局总承包公司科创中心负责人，主要从事装配式混凝土结构抗震性能研究、复杂建筑工程施工技术等方面的研究，先后参与南京牛首山佛顶宫工程、宁波国际会议中心工程等一系列重大工程建设，主持省部级课题3项，获省部级科技奖6项，出版专著1部，以第一作者/通讯作者发表论文50余篇，SCI检索20余篇，被引800余次，参编国家行业标准6部，审查国家标准2部，入选2023年上海市浦东新区明珠计划菁英人才、2022年上海市青年拔尖人才、2022年中国博士后基金特别资助、2021年上海市启明星计划、2021年浦东新区海博人才计划、第二届建筑结构行业杰出青年、第三届工程建设行业杰出科技青年，兼任中国钢结构协会专家委员会委员、中国勘察设计协会标准化工作委员会委员、湖南大学、中国矿业大学兼职硕士生导师。
本文责编：王露
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