25年
太阳能资产寿命
35–50厘米
所需清理深度

太阳能发电场应用
英国 · 欧盟 · 韩国 · 澳大利亚

太阳能电站场地准备用碎石机指南

一块40厘米深的石头使安装柱偏转3°,会导致太阳能电池板在25年内发电量减少高达8%。在一个50兆瓦的电站中,这种偏差造成的发电收入损失比整个清除石头工程的成本还要高。在打桩机到达之前清除石头并非场地准备成本,而是为了保障收益。

太阳能场地咨询

全球太阳能市场已发生结构性转变,从屋顶安装转向公用事业规模的地面光伏电站,后者目前占据新增装机容量的大部分。英国到2030年实现50吉瓦太阳能装机目标、欧盟的“可再生能源电力计划”(REPowerEU)以及韩国的“可再生能源3020”政策,共同推动了地面光伏电站的开发浪潮,而这些电站恰恰建在那些地下岩石含量高、施工难度大的地块上:例如,以前的农田、山坡牧场、棕地改造地和半干旱灌木丛地带。

所有地面安装式太阳能装置都依赖于基础桩——无论是打入式钢桩、螺旋桩还是钻孔灌注混凝土桩——这些桩必须穿透到设计深度,才能提供支撑面板、承受风荷载和雪荷载所需的结构强度。如果土壤中存在高于此深度的石块,不仅会减缓打桩速度,还会导致桩身偏转、面板框架错位、影响结构认证,并且——如果未被发现——还会降低装置25年运行寿命期间的发电量。本指南涵盖了具体内容。 太阳能发电厂用碎石机 在打桩机到达现场之前进行场地准备,以消除这些风险。

为什么太阳能发电厂需要清理石块——工程案例详解

THOR 3.0 拖拉机式碎石机,作业深度为 35-50 厘米,用于太阳能发电场场地准备——THOR 3.0 拥有 230 马力,既能满足深度要求(35-50 厘米,用于太阳能桩的清理),又能满足每日覆盖要求(50MW 太阳能发电场占地 80-120 公顷,每天至少需要机器覆盖 1-2 公顷,才能符合施工前计划进度安排)。

太阳能安装支架的设计需符合特定的地面反作用力规范。典型的单轴跟踪系统或固定倾斜地面安装支架需要能够承受特定垂直上拔力和侧向荷载的基础桩,这些荷载包括自重(面板重量)、风荷载和雪荷载,且需与场地位置相适应。用于验证安装系统是否能承受这些荷载的工程计算假设桩已达到设计深度并保持设计垂直方向。然而,当打桩过程中有石块导致桩身偏离垂直方向时,会同时出现三个独立的工程问题。

结构认证失败。 桩身因地下石块而偏离垂直方向2-5°,导致桩身结构不再符合工程师为轴向受力垂直桩所做的结构计算。这种偏转会产生力臂,增加桩头处的弯曲应力,可能导致结构不合规,需要拔桩重打,或设计替代基础。在一个拥有8000-12000根桩的50兆瓦太阳能发电厂中,即使仅需2%桩的重打,也意味着需要额外进行160-240次桩基作业,每次作业成本为80-200英镑——返工成本高达13000-48000英镑,而这直接归因于场地石块清理不彻底。

面板错位和发电损失。 地面安装的太阳能电池板经过精心设计,能够以特定的方位角和仰角朝向太阳。当桩基偏离垂直方向发生侧向偏移时,连接在该桩基上的电池板框架也会相应倾斜。根据场地纬度和电池板的优化角度,3°的倾斜角偏差会导致辐照度捕获量减少约5-8%。这种损失会持续到装置25年的使用寿命结束——除了挖掘和重新打桩之外,没有其他方法可以纠正桩基偏移造成的偏差。对于一个年发电量为900兆瓦时、电价为50英镑/兆瓦时的太阳能发电厂的1兆瓦部分,6%的辐照度损失相当于每年损失2700英镑的发电收入——25年下来,每兆瓦的偏差容量将损失67500英镑,而这种损失是由于清除石块造成的,原本是可以避免的。

施工计划延期。 打桩机遇到坚硬石块时必须停止作业,评估障碍物情况,然后要么放慢速度(但可能导致桩身偏转),要么拔出桩并重新定位。在英国的燧石或东欧的石英岩地层中,打桩机遇到意外石块可能会损失每日计划桩数的 40 至 70%。在桩基施工进度直接影响并网关键路径的项目中,延误会直接导致延误期间发电收入的损失。并网协议通常会规定一个调试日期,超过该日期将适用违约金条款——即使清除石块的成本仅占违约金的一小部分,石块造成的工期延误也可能触发合同中的这些条款。

三种地基类型——石材敏感性和清理深度要求

太阳能电站基础类型——石材敏感性及所需预清理规范
基础类型 典型深度 石头敏感性 最小清扫深度 为什么石头对这种类型至关重要
打入式H型桩/工字钢
最常见的实用太阳能
0.8–1.5 米 🔴 最高 40–50厘米 振动打桩会将横向力传递到桩尖,使其与任何石块发生碰撞——桩身在首次接触时即开始发生形变。桩身无法自行绕过障碍物。打桩路径上的每一块石块都会导致可测量的形变。
螺旋桩
社区太阳能、农光互补
0.6–1.2 米 🟠 高 35–45厘米 螺旋刀片可以钻穿软质石灰岩,但会因遇到致密的燧石或花岗岩而停止。旋转时扭矩过大会触发机器安全装置,需要将其取出并重新定位。螺旋刀片深度以上的岩石会造成与打入式桩相同的横向挠度。
混凝土地锚
住宅、小型商业
0.5–0.9 米 🟡 中号 30–40厘米 用螺旋钻预钻孔可以处理中等硬度的石头,但对于致密的燧石或大块花岗岩,则需要进行二次钻孔——这既费时又费钱。在英国典型的多石农田土壤上,清除石块可减少螺旋钻磨损,并将钻孔时间缩短 35-55%。
微型桩混凝土
岩石/陡峭地形
1.0–2.5 米 🟢 降低 30–40厘米
(地面/电缆区域)
采用旋转冲击钻机——专为岩石设计。即使地基钻孔可耐受岩石,场地内的电缆沟槽网络和通道网格仍需进行岩石清理。
35-50厘米的净空要求: 太阳能发电场的石块清理作业需要35-50厘米的作业深度——比大多数农业石块清理作业(蔬菜种植22-32厘米;英国燧石耕地28-35厘米)的深度要深。这使得THOR 2.4(标准作业深度≤30厘米,可通过深度调节达到约35厘米)在典型的打桩式太阳能发电场址上处于其舒适作业范围的极限。 THOR 3.0 岩石破碎机 (230马力,≤40厘米石块容量)是公用事业规模太阳能发电场桩前清理的标准推荐,因为其更大的功率和转子容量可以满足太阳能发电场经常出现的更高运行深度和比平均更硬的石块的综合需求。

电缆沟槽和内部通道——水平石块问题

CT-2100 碎石收集机正在太阳能发电厂现场收集清理出来的碎石——在一个 50 兆瓦的太阳能发电厂中,CT-2100 碎石收集机的 2.5 立方米料斗可永久性地清除现场所有碎石,防止散落的石块干扰电缆安装、刺破埋地电缆护套,或在农光共放牧作业期间被羊群散落。

太阳能电站场地除了桩基区域外,还需要考虑另外两个石块清除问题:电缆沟槽网络和内部维护道路网。这两者都会带来与石块相关的施工风险,与垂直桩基贯入问题截然不同——然而,它们都由同一套用于桩基区域石块清除的机械系统来处理。

电缆沟石块危害

直流电缆沟槽(串间)

通常深度为 450–600 毫米,宽度为 200–300 毫米。突出到沟槽底部的石块会在回填压实过程中对电缆护套产生集中荷载压力。英国配电网络运营商 (DNO) 和 IEC 60364-7-712 规范要求电缆敷设在细颗粒材料(<20 毫米)中——清除石块后的土壤无需额外添加进口砂层即可满足此要求。

交流电缆沟槽(逆变器至电网)

更深——通常为 600-900 毫米。大型中压电缆护套对点载荷的耐受性更强,但清除石块的沟槽路线可以让机械式电缆敷设挖沟机以设计速度运行,而无需反复因石块障碍而停机。在英国未清理的燧石场地,受石块影响的挖沟机械会损失 25-45% 的计划生产率——这会导致承包商成本大幅超支。

接地网(铜带)

接地带沟槽通常只有 300 毫米深,但以网格状覆盖整个场地。这种沟槽网络最容易受到地表和浅层碎石的影响——轻型拖拉机可以承受的碎石密度,用于桩区清理,但仍然会严重阻碍高频浅层接地沟槽的安装。 黑鸟牌岩石耙 深层清理后的地表通道专门针对这个浅水区。

内部维护道路网格

所有商业规模的太阳能发电厂(通常为5兆瓦以上)都设有内部维护道路网络,以便检修逆变器、进行面板清洁、植被管理以及应急响应。这些道路通常宽3.0至4.5米,路面采用压实碎石或土工织物加筋。无论最终路面规格如何,路基准备工作都必须达到与农用道路相同的无石基层标准:穿过土工织物的石块会造成路面不平整、刺破土工织物,并对维护车辆和AGV(自动清洁机器人)造成车轮卡入的危险。

一座装机容量为 50 兆瓦、拥有 8 至 12 排太阳能电池板的太阳能发电厂通常需要 2 至 4 公里的内部道路。如果在场地准备阶段就将道路沿线的石块清理工作纳入其中,并且清理设备已经运抵现场,那么额外的成本几乎可以忽略不计——而且还能避免在运营的前 3 至 5 年内需要进行道路维护。

农光互补——太阳能电池板与绵羊共享同一片空地

PSW-3200旋耕机正在太阳能发电场场地进行土壤准备工作——在利用THOR 3.0和CT-2100集草器清除石块后,PSW-3200旋耕机恢复了土壤的细碎度,改善了排水,并为农光互补模式下的绵羊在太阳能电池板行间放牧创造了均匀的草坪生长条件。

农光互补——即在同一块土地上同时进行太阳能发电和农业生产——已从实验性概念发展成为英国、德国、法国、荷兰、日本和韩国的主流规划政策。其基本模式是:在地面安装架设较高的太阳能电池板(最低面板边缘距地面2.2-3.5米),并在行间和面板下方种植绵羊或低矮作物。

农光互补土地利用——清理石块既能满足太阳能发电需求,又能满足农业生产需求
要求 太阳功能 农业功能(绵羊/农作物)
无石,深度 35–50 厘米 桩基安装无偏转;电缆沟槽无障碍物 防止放牧绵羊蹄部受伤;促进草根区发育,提高牧草产量
清除地表石 维护车辆清空;自动清洁机器人安全运行 羊蹄安全;防止羊将石子踢入板材支撑结构中。
精细耕作底基 均匀压实,确保安装结构稳定——防止面板框架下方出现不均匀沉降 草籽在行间萌发和建植;豆科覆盖作物生产力
改善排水 减少低洼沟槽中因积水造成的电缆护套劣化 减少潮湿环境下羊蹄踩踏(蹄土压实);促进冬季牧草生长
农光互补采石的双重投资回报率论证: 在农光互补项目中,石块清理投资真正实现了两方收益的共享。太阳能投资者避免了桩基偏转、项目延期以及长达25年的发电损失——这些收益通常相当于清理成本的10到30倍,以现值发电收益保障的形式体现。农业租户则避免了牲畜蹄伤的责任,维持了行间牧场的放牧效率,并建立了其放牧密度所依赖的草地。Korea Watanabe对农光互补项目的建议: THOR 3.0 岩石破碎机 对于35–50厘米深的桩区,随后是 CT-2100 型捡石机 用于永久性清除石块,BlackBird 表面通道可确保羊群安全放牧。 PSW-3200旋耕机 有利于草坪建植。整个系统的投资将计入两个项目预算——显著改善了单位成本。

全球太阳能市场——五个主要国家面临的挑战

BlackBird 9.5米耙石机适用于大型太阳能发电厂场地——在50兆瓦及以上的公用事业规模太阳能发电厂中,BlackBird耙石机9.5米的作业宽度每天可覆盖5-6公顷的地表石料,与THOR 3.0深层清扫作业相辅相成。该组合系统既满足了35-50厘米的堆石区要求,又满足了农光互补放牧和维护车辆通行所需的地表石料安全要求。

🇬🇧 英国——到2030年实现50吉瓦的目标
一级市场
英国的太阳能开发主要集中在东安格利亚、西南地区、东米德兰兹和威尔士——这些地区几乎与燧石白垩带和混合岩石农田完全重合,而这些地区的石料清理工作至关重要。英国规划部门越来越要求将地质条件调查纳入太阳能电站环境影响评估,对于任何此前未进行过地质特征分析的农田,桩基试验都是标准流程。对于英国太阳能开发商而言,石料清理文件是施工资格预审文件的一部分。相关石料类型:东安格利亚和东南部主要为燧石(莫氏硬度7-8);西南和米德兰兹主要为砂岩和石灰岩。
🇩🇪 德国 — 欧盟太阳能领导者 Freiflächenanlagen 扩大规模
高价值市场
在德国《可再生能源法》的框架下,地面光伏电站(Freiflächenanlagen)正在迅速扩张。巴伐利亚州、巴登-符腾堡州和勃兰登堡州的岩石条件各不相同:巴伐利亚州以砾石冰碛为主,巴登-符腾堡州以石灰岩和砂岩为主,而勃兰登堡州则以更新世冰川作用形成的沙砾土壤为主。德国的农光互补模式尤为先进——弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)对双用途太阳能的研究明确指出,确保地面适宜放牧是设计要求之一,这使得德国光伏建设行业对石料清理的需求显著增加。
🇰🇷 韩国 — RE3020 / K-RE100 太阳能计划
D系列连接
韩国的“可再生能源3020”政策目标是到2030年实现63.8吉瓦的太阳能装机容量。其中相当一部分计划建在山区和乡村地区——与韩国渡边D系列文章中提到的用于农业用途的花岗岩山地地形相同。在花岗岩山地地形上选址的韩国太阳能开发商面临着与韩国高地马铃薯种植户相同的石料清理要求——20-40厘米深处的莫氏硬度6-7级花岗岩,这既会造成桩基偏转风险,也会阻碍电缆沟槽的铺设。韩国已用于农业场地清理的机械系统(THOR 2.4或3.0 + CT-2100)可直接应用于太阳能场地准备市场,而韩国渡边公司庞大的农业客户网络也为其进入韩国太阳能开发领域提供了天然的渠道。
🇦🇺 澳大利亚 — 岩石地基上的大型太阳能发电站
新兴市场
澳大利亚的太阳能资源极其丰富,其公用事业规模的太阳能项目储备位居世界前列。昆士兰州、新南威尔士州和南澳大利亚州等许多优质太阳能电站址都位于农场,地下20-50厘米处的铁矿石、石英岩和玄武岩给桩基施工带来了严峻挑战。澳大利亚的太阳能开发商越来越多地在岩石牧场地区的项目场地准备方案中明确规定了地面勘测和石块清理工作。适用于英国燧石的掘进机(例如,THOR 3.0型掘进机,适用于莫氏硬度6-7的铁矿石)经过适当的齿形调整后,同样适用于澳大利亚的地质条件。

太阳能发电厂机械系统——覆盖范围、顺序和项目时间表

太阳能发电厂石料清理系统——机器顺序、覆盖范围和项目时间表
机器 操作深度 每日报道 目的
1 THOR 3.0 岩石破碎机
230马力,3.0米,≤40厘米石块
35–50厘米 1.2–1.8 公顷/天 将堆垛区内的所有石块破碎。前进速度为 1.0–2.0 公里/小时,具体取决于石块密度。初次翻斗——最关键的步骤。
2 CT-2100 型捡石机
110马力,2.5立方米,最大重量80公斤
表面收集 1.5–2.5公顷/天 彻底清除所有碎石。这对于电缆安全和羊群放牧至关重要。碎石必须运离现场——切勿堆放在电缆沟槽内。
3 黑鸟牌岩石耙(如果是农光互补型)
9.5米,300马力以上
表面 5–15 厘米 5-6公顷/天 适用于羊群安全放牧的地表通行器。可收集 CT-2100 收集器收集后剩余的小于 20 毫米的地表碎屑。是农光互补场地的必备工具。
4 PSW-3200旋耕机(如果是农光互补型)
140马力,3.0-3.6米
20–25厘米 3-5公顷/天 适用于农光伏行间草坪的建植土壤。细碎的土壤可提高种子发芽率,并减少第一年草坪与杂草的竞争。非农光伏场地可选择不进行此项处理。

项目时间表参考——50兆瓦太阳能发电厂(80公顷,英国燧石/石灰石混合地层)

步骤 1+2:
THOR 3.0 深层清扫 + CT-2100 收集:80 公顷 ÷ 1.5 公顷/天 = 总计约 53 个机器工作日两台机器依次运行(THOR 上午运行,CT-2100 下午运行):大约需要 30-35 个工作日。
步骤 3+4:
BlackBird + PSW-3200(农光互补站点):80 公顷 ÷ 4 公顷/天(合计)= 大约还需要20天可以与 CT-2100 在不同场地区域同时运行。
全部的:
桩基施工前4-6周的石块清理窗口期 对于一个 50 兆瓦的场地来说,这完全符合打桩开始前 8-12 周的施工动员期——这证实了如果在规划许可获批后立即进行石料清理,则不会增加整个项目的关键路径。

常见问题解答

太阳能发电厂用碎石机——需要多深的破碎深度?为什么比农田清理的碎石深度要深?

太阳能发电场的石块清理作业深度要求达到 35–50 厘米,远高于大多数农业应用(根茎类蔬菜为 22–32 厘米;英国燧石耕地为 28–35 厘米)。这是因为太阳能发电场采用桩基系统:地面安装的太阳能电池板使用打入式钢桩或螺旋桩,这些桩必须达到 0.8–1.5 米的深度才能获得结构认证。桩在达到作业深度的过程中,土壤层中的任何石块都可能导致桩身偏离垂直方向。这种偏离在 0–50 厘米的区域最为关键——因为该区域内周围土壤的侧向阻力不足以使桩身自行校正与石块接触造成的偏差。清理深度达到 40–50 厘米可以消除这一高偏转风险区域内的石块。在 50 厘米以下,桩身通常位于粘性土层中,侧向阻力可以防止石块引起的偏转。 THOR 3.0(230马力,≤40厘米石材容量)是满足此深度要求的标准机器推荐,因为它能够应对英国和欧洲太阳能发电站常见的更大作业深度和更硬石材类型(燧石、花岗岩)的综合需求。

农光互补放牧绵羊所需的石块清理规范与标准太阳能发电场是否不同?

农光互补电站需要两项标准太阳能电站所没有的场地清理要求。首先是地表石料安全要求:地表燧石或石块会伤到羊蹄,这既是牲畜福利问题,也是农场保险的要求——为了确保羊群安全放牧,地表必须清除直径约25毫米以上的石块。标准的太阳能电站清理工作主要集中在35-50厘米的石堆区域,并不一定能达到羊群安全放牧的标准。 黑鸟牌岩石耙 在THOR 3.0深层清扫和CT-2100收集之后,进行表面清扫(深度5-15厘米,作业宽度9.5米),专门为羊群创造安全的地面条件。其次,草坪的建立需要满足以下条件:行间和面板下的草皮需要细碎的土壤才能使草籽发芽——在收集石块之后,PSW-3200旋耕机进行清扫(深度20-25厘米)即可满足这一要求。这两项额外作业都是韩国渡边公司(Korea Watanabe)农光互补场地准备系统的标准组成部分,通常会在太阳能发电场地清扫成本的基础上增加20-30%。在双收入(太阳能+放牧)的财务模式下,这部分额外成本由太阳能开发商和农业租户共同分担。

用于农业场地清理的拖拉机式碎石机是否也适用于太阳能发电厂?

是的——用于韩国高地马铃薯田、英国燧石耕地或地中海葡萄园的THOR碎石机和CT-2100采石机,与用于太阳能电站场地准备的机器完全相同。主要的操作差异在于:(a) 作业深度——太阳能场地需要35-50厘米的作业深度,而农业场地只需22-32厘米,根据石料类型,可能需要THOR 3.0而不是THOR 2.4;(b) 覆盖模式——太阳能电站场地通常采用规则的网格状布局,与太阳能电池板的行距相对应(行距3-6米),而农业场地清理则遵循田地轮廓;(c) 进度安排——太阳能电站场地清理必须与打桩和电缆承包商的进场计划协调,因此需要比仅受播种或种植日期驱动的农业场地清理更精确的时间规划。对于已经开展农业清理服务的承包商而言,将太阳能发电场准备工作添加到服务产品中,无需对机器进行额外的资本投资——只需校准作业深度,并增加项目计划管理能力,以便与太阳能EPC承包商的动员计划进行协调。

清理石块如何融入太阳能发电厂建设计划?它是否会增加关键路径?

对于一座50兆瓦(约80公顷)的太阳能发电厂,使用THOR 3.0和CT-2100组合进行石块清理作业大约需要4-6周。在英国标准的太阳能发电厂建设项目中,关键路径顺序为:规划许可→并网协议→施工动员(8-12周)→打桩(4-8周)→安装支架→面板安装→电气工程→调试。石块清理作业包含在施工动员期内——可以在获得规划许可后立即开始,同时进行采购、设备交付和承包商进场。如果在获得规划许可后的两周内开始石块清理,通常会在打桩承包商到达现场之前完成,这意味着它不会增加项目的关键路径。施工经理的关键要求是石块清理设备在获得许可后立即进场——等到打桩承包商已经到达现场才发现需要进行石块清理,这种情况会导致关键路径延误和成本超支。

太阳能发电场的石料清理是否符合英国政府的任何支持条件?其成本与发电收入收益相比如何?

目前英国政府没有专门针对太阳能发电场石块清理的直接补助。但是,如果太阳能发电场用地也已注册为农光互补农业用途,则石块清理中的农业部分(例如为绵羊清理地表、种植牧草)可能符合乡村管理计划(Countryside Stewardship)土壤改良或畜牧基础设施类别的资本补助资格——请向RPA确认当前的资格要求。更具说服力的财务计算是比较石块清理成本和发电收入保障。对于一个50兆瓦的太阳能发电场:按英国标准价格计算,80公顷土地的石块清理项目成本约为12万至20万英镑。3%桩基错位造成的发电收入损失(约1.5兆瓦错位容量,6%输出减少×25年净现值,50英镑/兆瓦时)约为48万至96万英镑。石块清理项目的成本相当于其消除的发电收入风险的15至40%。在太阳能电站建设前期投入中,没有任何其他支出项目能像太阳能发电厂建设前期投入那样,在降低财务风险的同时,带来更高的投资回报率。这正是韩国渡边公司向太阳能开发商、EPC承包商和项目融资团队在评估太阳能电站场地准备预算时提出的核心商业论点。

用于太阳能发电厂的岩石破碎机——THOR 3.0 系统用于桩前场地准备

场地面积 + 基础类型(H型桩/螺旋桩/钻孔桩)+ 石材类型 + 农光互补需求 + 施工计划开工日期 → 韩国渡边公司提供 太阳能发电厂用碎石机 项目桩基施工前阶段的规范、深度规程、进度计划和文件包。

编辑:Cxm

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