مطالعات ژئوتکنیک در پروژه نیروگاه خورشیدی ۱۰ مگاواتی
در این مقاله قصد داریم، بخش مطالعات ژئوتکنیک برای یک پروژه ۱۰ مگاواتی نیروگاه خورشیدی را با دید کاملاً فنی، عملیاتی و مطابق استانداردهای EPC Utility-Scale، ارائه کنیم.
همکاران ما شامل پیمانکاران و مجریان نیروگاه خورشیدی و سرمایه گذاران نیروگاه خورشیدی و و عزیزان کارفرما میتوانند از این مقاله برای تکمیل دفترچه فنی، RFP، پروپوزال EPC، قرارداد توسعه پروژه (PDA) و مستندات Bankability استفاده کنند.
مطالعات ژئوتکنیک در نیروگاه خورشیدی ۱۰ مگاواتی یکی از حیاتیترین مراحل توسعه پروژه است و تصمیمگیری نهایی درباره نوع فونداسیون سازههای پنلها، مسیر کابلکشی، ساختمانهای تابلو، ترانس و محوطهسازی بر اساس همین مطالعات ژئوتکنیک انجام میشود.
خروجی این مرحله تأثیر مستقیم بر هزینه EPC، زمان اجرای پروژه، ریسکهای پنهان و شاخصهای مالی پروژه (CAPEX و O&M) دارد. اقداماتی که ما در حوزه مطالعات ژئوتکنیک برای نیروگاه خورشیدی انجام میدهیم شامل موارد زیر میشود:
حفر چاهکها (Trial Pit) تا عمق مناسب به روش دستی یا بیل مکانیکی
برای نیروگاه ۱۰ مگاواتی، بسته به توپوگرافی زمین نیروگاه خورشیدی، حداقل ۱۲ تا ۲۰ چاهک ژئوتکنیک در نقاط مختلف سایت حفر میگردد.
اهداف چاهکزنی در مطالعات ژئوتکنیک
مشاهده مستقیم لایههای خاک، تغییرات بافت و رطوبت خاک در زمین نیروگاه خورشیدی
تشخیص وجود سنگریزه، قلوهسنگ، لایههای سفتشده در زمین نیروگاه خورشیدی
بررسی سطح آب زیرزمینی
برداشت نمونه خاک با دقت بالا برای آزمایشگاه که نتایج آن اطلاعات حیاتی برای مهندس طراح خواهد داشت و به او در انتخاب زیرساختهای نیروگاه خورشیدی کمک بزرگی میکند.
بررسی سطح آب زیرزمینی (Ground Water Table) در مطالعات ژئوتکنیک نیروگاه خورشیدی
بررسی سطح آب زیرزمینی اهمیت بسیار زیادی دارد و مستقیماً بر انتخاب فونداسیون، پایداری سازه، هزینههای عمرانی، خوردگی تجهیزات و حتی بهرهبرداری بلندمدت نیروگاه خورشیدی اثر میگذارد.
در پروژههای ۱۰، ۲۰ یا ۵۰ مگاواتی که مساحت زمین نیروگاه خورشیدی بسیار بزرگ است، این موضوع حیاتیتر میشود.
در ادامه، دلایل اهمیت آن را فنی، کاربردی و کاملاً عملیاتی توضیح میدهم:
🔍 چرا بررسی سطح آب زیرزمینی در مطالعات ژئوتکنیک مهم است؟
تعیین نوع فونداسیون و امکانپذیری پایلکوبی در نیروگاه خورشیدی
اگر سطح آب زیرزمینی بالا باشد:
فونداسیونهای سطحی نیروگاه خورشیدی ممکن است شناوری (uplift) پیدا کنند.
پایلکوبی استراکچر نیروگاه خورشیدی در خاک اشباع، ممکن است نیازمند پایل بلندتر، چکش سنگینتر یا حتی نوع متفاوت پایل باشد.
ظرفیت باربری خاک اشباع کاهش مییابد.
بنابراین طراح نیروگاه خورشیدی باید بداند:
پایل چند متری لازم است؟
آیا نیاز به شمع جابجایی (displacement pile) به جای شمع اصطکاکی هست؟
آیا باید عمق پایل بیشتر از سطح آب زیرزمینی باشد؟
پاسخ این پرسش ها برای یک طراح حرفه ای مهندسی نیروگاه خورشیدی بسیار حیاتی است!
اثر بر نشست سازهها (Settlement)
خاک اشباع بهویژه خاکهای ریزدانه (رسی و سیلتی) نشستپذیرتر هستند، و در اثر خشک و تر شدن مکرر متورم یا منقبض میشوند.
این موضوع باعث میشود:
سازههای پنلهای خورشیدی در بلندمدت دچار تغییر زاویه، کاهش راندمان و آسیب به کابلها شوند.
طراحی سیستم زهکشی (Drainage) و هدایت آب در نیروگاه خورشیدی
در شهرهایی مثل:
کرج، ساوجبلاغ، نظرآباد، اشتهارد
بارشهای دورهای و روانآبها، اگر با سطح آب زیرزمینی بالا ترکیب شوند، میتواند باعث:
جمع شدن آب در پایه پنلها، کاهش عمر سازه نگهدارنده پنل های خورشیدی، شسته شدن سطح خاک نیروگاه خورشیدی، و فرسایش مسیرهای کابل کشی در سایت نیروگاه خورشیدی شود.
بنابراین طراح مهندسی نیروگاه خورشیدی باید تصمیم بگیرد:
آیا نیاز به Ditch Drain، French Drain یا کانال خاکی هست؟
آیا باید بستر پنلها ۳۰ تا ۵۰ سانتیمتر بالابرده شود؟
مهندسین طراح آرا نیرو از این پاسخها، یک پایداری بلندمدت برای تأسیسات نیروگاه خورشیدی میسازند.
خوردگی (Corrosion) و حفاظت تجهیزات
خاک با سطح آب زیرزمینی بالا میزان یون کلر، سولفات و TDS بیشتری دارد و هدایت الکتریکی بیشتری دارد، برای همین محیطی بسیار مناسب برای خوردگی فولاد و گالوانیزه ایجاد میکند که این موضوع بر موارد زیر اثر میگذارد:
عمر پایلها
سیستم ارتینگ
سازههای استراکچر
بیس پلیتها و بولتها
اگر سطح آب بالا باشد شاید لازم شود پایلها گالوانیزه گرم ۸۵ میکرون شوند، یا از پوشش اپوکسی صنعتی استفاده شود، یا حتی لازم شود از Cathodic Protection استفاده گردد.
در ادامه شما رو با ظرافت های بینظیری از زمین نیروگاه خورشیدی آشنا خواهم کرد؛
طراحی کانالکشی و عبور کابلها
کابلهای DC 1500V و AC 400V و MV 20kV
اگر در مسیرهایی با سطح آب بالا عبور کنند، سریعتر فرسوده میشوند (فرسودگی غلاف کابل)
احتمال تخلیه جزئی (Partial Discharge) افزایش مییابد.
نیاز به لایههای محافظ ژئوتکستایل / ژئوممبران پیدا میشود.
گاهی مسیر کابل ها یا ترنچ (Trench) در زمین نیروگاه خورشیدی باید بهکل جابجا شود چون سطح آب بالا اجازه دفن استاندارد را نمیدهد.
پایداری سازهها در برابر باد
در سایتهای خورشیدی، نیروهای باد بر پنلها زیاد است.
باید بدانید فونداسیون در خاک اشباع مقاومت جانبی کمتری دارد و در برابر باد زودتر شیرجه (tilt failure) یا لغزش پیدا میکند.
بنابراین سطح آب زیرزمینی مستقیم بر:
• Pull-out Test
• Tilt Test
تأثیر دارد و عملاً تعیینکننده نوع فونداسیون است.
اثر بر هزینه کل پروژه
سطح آب زیرزمینی بالا، تبعات هزینه سازی را به احداث نیروگاه خورشیدی تحمیل میکند که شامل موارد زیر میشود:
❌ فونداسیون سنگینتر
❌ پایل بلندتر
❌ اصلاح خاک
❌ زهکشی
❌ حفاظت خوردگی
❌ کابلهای خاص در مسیرهای آبگیر
یعنی گاهی هزینه بخش عمرانی را ۲۰–۳۰٪ افزایش میدهد.
بههمین دلیل بررسی آن یکی از مهمترین ورودیهای CAPEX پروژه است.
📌 جمعبندی بررسی سطح آب زیرزمینی
بررسی سطح آب زیرزمینی در پروژه نیروگاه خورشیدی برای این موارد حیاتی است:
✔ تعیین نوع فونداسیون
✔ تحلیل نشست و پایداری
✔ طراحی زهکشی
✔ حفاظت خوردگی
✔ طراحی ارتینگ
✔ طراحی مسیر کابلها
✔ تعیین هزینه نهایی پروژه
این پارامتر اگر اشتباه تخمین زده شود، میتواند باعث اختلال شدید در بهرهبرداری ۲۰ ساله نیروگاه شود.
اگر میخواهید روشهای عملی اندازهگیری سطح آب زیرزمینی را بدانید و تأثیر سطح آب زیرزمینی در طراحی پایل ها را با مثل عددی ببینید میتونی به مقاله با عنوان ” آب های زیرزمینی دردسر یا موهبت؟ ” مراجعه کنید.
مشخصات اجرای چاهک در مطالعات ژئوتکنیک
عمق چاهکها معمولاً ۳ تا ۴ متر (متناسب با عمق فونداسیون سازههای PV)
در صورت وجود احتمال نیاز به شمع یا پایل، عمق تا ۶ متر نیز ادامه مییابد.
دیوارهها باید پروفیلبرداری شده و لایهبندی خاک ثبت گردد.
آزمایش مقاومت الکتریکی خاک (Soil Resistivity Test) – حداقل در ۵ نقطه
این تست برای طراحی سیستم ارتینگ، صاعقهگیر و حفاظت الکتروشیمیایی سازهها ضروری است.
مشخصات تست در آزمایش خاک
حداقل ۵ ایستگاه تست در نقاط پراکنده زمین نیروگاه خورشیدی
انجام در ۴ عمق مختلف زمین نیروگاه خورشیدی (معمولاً 0.5m، 1m، 2m، 3m)
روش اجرا: Wenner 4-pin method با فاصله پینهای استاندارد
خروجی مورد انتظار از آزمایشات الکتریکال خاک نیروگاه خورشیدی
تعیین مقاومت ویژه خاک (Ω.m)
شناسایی نقاط نیازمند بهبود ارت (Backfill)، بنتونیت، کک کربنی
تعیین شبکه ارتینگ بهصورت Ring، Mesh یا Radial
آزمایش برش مستقیم (Direct Shear) و تراکم آزمایشگاهی
Direct Shear Test یکی دیگر از آزمایشات اساسی و از پیشنیازهای احداث نیروگاه خورشیدی میباشد و هدف آن: تعیین زاویه اصطکاک داخلی، چسبندگی و رفتار برشی خاک نیروگاه خورشیدی است.
کاربرد آزمایش خاک
طراحی ابعاد و عمق فونداسیون سازههای پنل
جلوگیری از لغزش و واژگونی استراکچرها
تحلیل نشستهای ناهمگون
آزمایش تراکم (Proctor)
هدف: تعیین رطوبت بهینه (OMC) و دانسیته خشک بیشینه (MDD)
کاربرد آزمایش تراکم
اجرای فونداسیون
مسیر کابلها و داکتها
خاکریزی اطراف ترنچهای AC و DC
آزمایشهای دانهبندی، حدود اتربرگ، هیدرومتری و درصد رطوبت
دانهبندی (Sieve Analysis)
تعیین نوع خاک (شنی، رسی، سیلتی)
کاربرد در تعیین ظرفیت باربری
اتربرگ (Atterberg Limits)
تعیین Plasticity Index (PI) و رفتار خمشی خاک
ارزیابی ریسک تورم و انقباض
هیدرومتری
تعیین درصد ذرات بسیار ریز (Clay %)
مهم برای طراحی استراکچر و نشست خاک
درصد رطوبت
تأثیر مستقیم بر مقاومت خاک و انتخاب نوع فونداسیون
نمونهبرداری دستخورده و دستنخورده از لایههای مختلف خاک زمین نیروگاه خورشیدی
نمونهبرداری دستنخورده (Undisturbed Sampling)
ضروری است برای:
آزمایشات UCS، Consolidation، CBR دقیق
تحلیل واقعی رفتار خاک
نمونهبرداری دستخورده (Disturbed Sampling)
برای تستهای آزمایشگاهی عمومی:
دانهبندی، رطوبت، اتربرگ، شیمیایی
وزن نمونهها:
بین ۵ تا ۱۰ کیلوگرم برای هر لایه
آزمایشات صحرایی شامل SPT و دانسیته درجا
SPT (Standard Penetration Test)
مهمترین تست تعیین مقاومت نسبی خاک
نشاندهنده N-Value در هر 1.5 متر از گمانه
کاربرد SPT
تعیین ظرفیت باربری مجاز
برآورد عمق فونداسیون
بررسی ریسک روانگرایی
دانسیته درجا (Field Density Test)
برای کنترل کیفیت خاک بستر
روش Sand Cone یا Nuclear Gauge
تستهای Pull-Out و Tilt Test روی سازههای خورشیدی
این تستها مختص پروژههای نیروگاه خورشیدی هستند.
Pull-Out Test
هدف:
اندازهگیری مقاومت کششی خاک
تعیین طول و عمق بهینه پایلهای H-Beam یا شمعهای فولادی/بتنی
تجهیزات Pull-Out Test
جک هیدرولیک
Load Cell
دیتالاگر
Tilt Test
جهت ارزیابی مقاومت خمشی و پایداری سازه PV تحت بار جانبی
کاربرد Tilt Test
پروژههای مناطق بادخیز
تعیین کلاس بادباری استراکچر
آزمایشات شیمیایی خاک – سولفات و کلر
این مواد میتوانند به فونداسیون بتنی، سازهها و سیستم ارت آسیب بزنند.
موارد آزمایش خاک
• سولفات (SO4)
• کلر (Cl-)
• pH، TDS، EC
نتایج آزمایشات شیمیایی
تعیین نیاز به بتن ضدسولفات
نیاز به گالوانیزه گرم یا روکش اپوکسی
پیشبینی خوردگی کابلهای ارت و الکترودها
تست کوبش پایلها و تعیین عمق/ضخامت/سطح مقطع
برای پروژه ۱۰ مگاواتی نیروگاه خورشیدی، معمولاً بین ۴,۰۰۰ تا ۶,۰۰۰ پایل نیاز است.
اجرای تست
کوبش آزمایشی حداقل ۱۰ پایل در نقاط مختلف سایت
اندازهگیری در تست کوبش
مقاومت دینامیکی
میزان نشست آنی و تدریجی
عمق نفوذ
ضخامت پروفیل
نیروی موردنیاز برای رسیدن به عمق طراحی
خروجی تست کوبش
تعیین:
نوع پروفیل (C، Z، H Beam)
ضخامت (۲ تا ۶ میلیمتر)
عمق نهایی (۱.۴ تا ۲.۵ متر)
نیاز به اصلاح خاک در نقاط ضعیف
خروجی نهایی گزارش مطالعات ژئوتکنیک پروژه ۱۰ مگاواتی
پروفیل کامل خاک در کل سایت
مدل زمینشناسی و نقشه لایهبندی
ارزیابی ظرفیت باربری خاک – Ultimate & Allowable
طرح پیشنهادی فونداسیون
رَمدی (Rammed)
پایلکوبی
فونداسیون بتنی کمعمق
توصیههای اصلاح خاک
تراکم
آهک/سیمان
لایهبرداری
تحلیل نشستها و خطرات ژئوتکنیکی
تحلیل خوردگی و طراحی ارتینگ
توصیههای اجرایی و الزامات EPC
همچین برای مطالعه بیشتر میتوانید بخوانید در مورد:
مرحله اول احداث نیروگاه خورشیدی: انتخاب زمین نیروگاه خورشیدی و مطالعات اولیه میدانی
مرحله دوم احداث نیروگاه خورشیدی: اندازهگیری منبع تابش و مانیتورینگ اقلیمی
مرحله سوم احداث نیروگاه خورشیدی:مطالعات امکانسنجی فنی و مالی
تشریح گام به گام ساخت نیروگاههای خورشیدی از برنامهریزی و طراحی تا ساخت و بهرهبرداری
دیدگاهی در مورد “مطالعات ژئوتکنیک در پروژه نیروگاه خورشیدی ۱۰ مگاواتی”