Một thiết kế dự án cân bằng tốt là một thiết kế tối đa hóa việc sử dụng không gian có thể xây dựng cho một lô đất đồng thời tránh các tác động tốn kém do lũ lụt gây ra trong thời gian vận hành.
Hình ảnh: Ảnh của Lực lượng Vệ binh Quốc gia Không quân Hoa Kỳ do Staff Sgt. Daniel J. Martinez
Thiết kế các dự án năng lượng mặt trời có khả năng phục hồi để chống chọi với các sự kiện lũ lụt thảm khốc là một sự cân bằng tinh tế cần quản lý. Các thiết kế phải đáp ứng hoặc vượt quá các yêu cầu về mã, duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc khi đối mặt với các sự kiện lũ lụt nghiêm trọng và giảm thiểu cả chi phí vốn và chi phí vận hành của dự án. Một thiết kế dự án cân bằng tốt là một thiết kế tối đa hóa việc sử dụng không gian có thể xây dựng cho một lô đất đồng thời tránh các tác động tốn kém do lũ lụt gây ra trong thời gian vận hành. Điều thứ hai có thể đạt được bằng cách xây dựng các mảng năng lượng mặt trời bên ngoài các khu vực lũ lụt dự kiến hoặc kết hợp thiết kế cấu trúc với độ bền kết cấu và mạn khô phù hợp để tồn tại trong các sự kiện lũ lụt nghiêm trọng.
Lũ lụt 100 năm là tiêu chuẩn phổ biến, hay lũ lụt thiết kế, mà các kỹ sư xem xét khi xác định bố cục mảng năng lượng mặt trời và kích thước thành phần cấu trúc. Sự kiện cực đoan này được định nghĩa là trận lụt có xác suất bằng hoặc vượt quá 1/100 trong bất kỳ năm nào. Có cả bằng chứng thống kê và giai thoại ủng hộ tuyên bố rằng các sự kiện lũ lụt cực đoan ngày nay nghiêm trọng hơn (nghĩa là độ sâu, phạm vi và vận tốc lớn hơn) và thường xuyên hơn so với mức trung bình trong lịch sử. Điều này được minh họa bằng thống kê trong biểu đồ dưới đây. Con số này cho thấy tỷ lệ phần trăm diện tích đất trên khắp Hoa Kỳ tiếp giáp ngày càng tăng, nơi có một phần lớn hơn bình thường trong tổng lượng mưa hàng năm đến từ các sự kiện khắc nghiệt trong một ngày.
Các sự kiện mưa lớn kéo dài một ngày ở Hoa Kỳ tiếp giáp. Nguồn: NOAA
Mặc dù các hiện tượng mưa cực đoan dường như xảy ra thường xuyên hơn theo thời gian, nhưng các yêu cầu thiết kế để bảo vệ lũ lụt không trở nên khắt khe hơn để tính đến các điều kiện thay đổi này. Nếu các yêu cầu thiết kế chống lũ lụt không phát triển song song với biến đổi khí hậu, thì các dự án năng lượng mặt trời có thể phải chịu tỷ lệ thiệt hại do lũ lụt cao hơn dự kiến trong suốt vòng đời từ 25 đến 40 năm của chúng.
Lũ lụt ảnh hưởng đến năng lượng tái tạo
Tác động lũ lụt có thể gây ra đối với các dự án năng lượng mặt trời được nêu rõ trong bức ảnh bên dưới. Ngoài các tác động tiêu cực có thể xảy ra đối với các thành phần cấu trúc và điện tại các dự án năng lượng mặt trời, các vấn đề liên quan đến kiểm soát xói mòn có thể xảy ra. Tính toán lũ lụt một cách thích hợp trong thiết kế dự án năng lượng mặt trời là rất quan trọng để tránh tăng thời gian ngừng hoạt động, tăng chi phí sửa chữa thiết bị và tác động tiêu cực đến môi trường sống nhạy cảm với môi trường.
Dự án năng lượng mặt trời bị ngập lụt ở Virginia sau cơn bão Matthew năm 2016. Ảnh: Nextracker
Truy cập trang web
Các cơ sở năng lượng mặt trời thường có đường đất hoặc sỏi để tiếp cận các vị trí quan trọng như khối mô-đun, vỏ điện và trạm khí tượng. Ngay cả lũ lụt nhỏ cũng có thể làm xói mòn hoặc chặn các con đường tiếp cận tại một địa điểm năng lượng mặt trời, khiến nhân viên vận hành không thể làm việc trên các thiết bị cần chú ý, điều này có thể dẫn đến tăng thời gian ngừng hoạt động. Các địa điểm có địa hình phức tạp hoặc chứa đất kết dính thoát nước kém có nguy cơ cao gặp phải các vấn đề tiếp cận do xói mòn hoặc đọng nước trong thời gian dài.
hư hỏng kết cấu
Lũ lụt có khả năng làm hỏng khung và mô-đun giá đỡ cấu trúc, đặc biệt là ở những vị trí dự kiến có vận tốc dòng chảy cao trong một trận lũ lụt. Các mảnh vỡ có thể được mang đi bằng dòng nước di chuyển và những vật thể này có thể tác động và gây ra hư hỏng cấu trúc của các thành phần giá đỡ và mô-đun. Khung giá đỡ thông thường bao gồm các cọc thép định hướng. Nước chảy tại mặt phân cách giữa cọc và đất có thể gây ra hiện tượng xói mòn đất ở chân cọc, làm giảm khả năng chịu tải và khả năng chịu lực của cọc.
Thiệt hại về môi trường
Các môi trường sống nhạy cảm với môi trường như vùng đất ngập nước thường nằm gần hoặc trong ranh giới dự án năng lượng mặt trời. Những môi trường này có thể bị suy thoái do trầm tích và chất gây ô nhiễm được vận chuyển từ các lưu vực sông trong các trận lũ lụt. Các dự án năng lượng mặt trời thường bắt buộc phải tuân thủ các yêu cầu cấp phép nghiêm ngặt nhằm ngăn chặn các tác động đến vùng đất ngập nước và môi trường sống. Lũ lụt tại một dự án làm tăng nguy cơ vận chuyển trầm tích hoặc chất gây ô nhiễm trái phép, điều này có thể dẫn đến các vấn đề không tuân thủ giấy phép.
hư hỏng thiết bị điện
Các cơ sở năng lượng mặt trời chứa một loạt các thiết bị điện và dây dẫn. Nhiều bộ phận trong số này có xếp hạng bảo vệ chống xâm nhập nhưng thường không được thiết kế để chìm dưới nước. Tiếp xúc lâu với nước, đặc biệt là khi ngâm nước, có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị điện cần thay thế.
Giảm thiểu rủi ro lũ lụt
Quan tâm thích đáng đến các biện pháp giảm thiểu rủi ro lũ lụt trong quá trình phát triển và xây dựng dự án năng lượng mặt trời có thể ngăn ngừa các tác động tiêu cực. Ước tính chính xác các điều kiện ngập lụt đóng một vai trò quan trọng trong việc bố trí thiết bị và yêu cầu thông số kỹ thuật thiết kế để giảm thiểu chi phí sửa chữa và thời gian ngừng hoạt động của dự án. Một số cân nhắc thiết kế chính để giải quyết rủi ro lũ lụt tại một dự án được tóm tắt dưới đây.
nghiên cứu lũ lụt
Các chuyên gia tư vấn dân sự có thể thực hiện các nghiên cứu về lũ lụt tại một địa điểm cụ thể, thường được gọi là nghiên cứu thủy văn, để xác định phạm vi, độ sâu và vận tốc lũ lụt dự kiến liên quan đến các kịch bản khác nhau. Những nghiên cứu này thường chính xác hơn và bao gồm nhiều thông tin hơn so với Bản đồ Tỷ lệ Bảo hiểm Lũ lụt (FIRM) có sẵn công khai của Cơ quan Quản lý Khẩn cấp Liên bang (FEMA) thường được sử dụng làm cơ sở thiết kế cho các dự án năng lượng mặt trời. Nghiên cứu lũ lụt là nguồn dữ liệu quan trọng để cung cấp thông tin chi tiết về thiết kế dân dụng, kết cấu và điện.
thiết kế dân dụng
Các bản vẽ dân dụng được chuẩn bị cho các dự án năng lượng mặt trời để xác định các yêu cầu thiết kế kiểm soát xói mòn và thoát nước. Điều quan trọng là các bản vẽ dân dụng bao gồm các thông số kỹ thuật về việc sử dụng các biện pháp quản lý tốt nhất (BMP) đã được thiết lập, chẳng hạn như hàng rào phù sa, chuyển hướng dòng chảy hoặc vùng đệm dòng chảy để ngăn chặn tác động xói mòn tiêu cực đến môi trường xung quanh. Ngoài các yêu cầu kiểm soát xói mòn, các bản vẽ thiết kế dân dụng cũng chỉ định các chi tiết thiết kế cho các tính năng kiểm soát nước mưa tại một địa điểm. Điều này có thể bao gồm vị trí và kích thước của các điểm cắt nước thấp, cống, lưu vực nước mưa và kênh. Các bản vẽ dân dụng cũng cho thấy các chi tiết phân loại trong một dự án có tác động đến dòng nước tại một địa điểm. Cả chi tiết thiết kế kiểm soát xói mòn và nước mưa đều có thể được thông báo bằng kết quả nghiên cứu thủy văn.
Thiết kế cấu trúc
Các bản vẽ kết cấu được chuẩn bị cho các dự án năng lượng mặt trời để hiển thị các yêu cầu thiết kế theo dõi và giá đỡ. Việc xem xét thiết kế kết cấu để sắp xếp thiết bị theo dõi, mạn khô thiết bị và bảo vệ chống xói mòn cọc là rất quan trọng để giảm thiểu rủi ro lũ lụt tại các dự án năng lượng mặt trời. Nếu dự kiến có lũ lụt trong diện tích mảng năng lượng mặt trời tại một dự án, thì các thiết bị theo dõi có thể được lập trình hoặc vận hành thủ công để xoay sang vị trí “dọn dẹp lũ lụt”. Đây là vị trí song song hoặc gần song song với mặt đất cho phép nước chảy để tránh tác động đến các mô-đun và giảm nguy cơ hư hỏng mô-đun khi lũ lụt. Các hệ thống giá đỡ nghiêng cố định có thể được thiết kế để cung cấp một “màn khô” hoặc khoảng cách tối thiểu giữa mép dưới của các mô-đun và độ cao mặt nước lũ ước tính. Nước tiếp xúc với nền móng trong một trận lũ lụt có thể là không thể tránh khỏi, do đó cọc có thể được bọc thép bằng rip-rap để giảm năng lượng của dòng nước chảy và ngăn chặn sự rửa trôi vật liệu xung quanh cọc. Ngoài ra, độ sâu xói có thể được ước tính trong nghiên cứu thủy văn và độ sâu cụ thể của đất xung quanh cọc có thể được bỏ qua trong tính toán kết cấu để đảm bảo cọc có khả năng kết cấu phù hợp trong trường hợp xói mòn. Bảo vệ và bố trí thiết bị dự án năng lượng mặt trời không đúng cách có thể dẫn đến đoản mạch hoặc hư hỏng cần phải thay thế.
Tchad Homuth
Chad Homuth là kỹ sư chính của Natural Power, một nhà cung cấp dịch vụ và tư vấn độc lập hỗ trợ cơ sở khách hàng toàn cầu trong việc cung cấp hiệu quả một loạt các dự án tái tạo bao gồm gió trên bờ, mặt trời, nhiệt tái tạo, lưu trữ năng lượng, hydro và công nghệ ngoài khơi.
