海上浮式光伏平台浮体的力学性能与耐老化性评估

为解决海上光伏平台在极端海况下的结构安全与材料老化问题，中国能源投资集团的研究团队通过线性势流理论与多场耦合有限元方法，分析了50年一遇极端波浪载荷下浮体的水动力响应、应力分布及变形特性，并结合紫外线加速老化实验评估了XLPE（交联聚乙烯）浮体材料的服役寿命。研究为海上光伏平台的大规模工程应用提供了关键力学与耐久性数据支撑。

　　

随着陆地光伏电站用地紧张，海上光伏（OFPV）平台成为新能源开发的重要方向。然而，海洋环境中波浪、紫外线等多重载荷的耦合作用，使得浮体结构面临强度失效与材料老化的双重挑战。中国能源投资集团在江苏盐城部署的示范项目，首次将钢桁架结构与复合浮体结合，但浮体在极端海况下的力学行为与长期耐久性仍是技术瓶颈。

研究团队采用线性势流理论（SESAM-WADAM软件）与非线性多相流模拟（OpenFOAM软件）相结合的方法，对浮体在7米波高（50年重现期）下的动态响应进行仿真。通过动态浸润面修正算法，解决了传统势流理论对波浪砰击载荷的预测偏差。同时，基于GB/T 16422.3-2022标准开展XLPE材料的紫外线加速老化实验，结合Arrhenius模型预测其服役寿命。

浮体在极端海况下的水动力特性
波浪动态压力分析显示，位于水气交界面的P-3浮体承受最大载荷，动态压力峰值达静态水压的5倍。OpenFOAM模拟揭示了波浪破碎导致的非线性砰击效应（图5），其应力集中区域需通过CFD结果对势流理论进行15%-30%的修正。

浮体结构强度分析
多场耦合有限元计算表明，考虑平台1g惯性力时，P-3浮体最大von Mises应力为14.18 MPa（表6），低于XLPE的初始屈服强度（25.9 MPa）。但EPS泡沫填充有效抑制了壳体变形，最大位移仅5.37毫米（图7），证明结构设计满足安全需求。

材料老化与寿命评估
3600小时UV加速老化实验显示，XLPE的屈服强度从25.9 MPa降至14.20 MPa。结合盐城年日照1812-2171小时的数据推算，浮体在3年后应力值（14.18 MPa）将接近老化后材料强度极限，但EPS填充的防渗漏设计仍可保障残余安全性。

该研究首次系统量化了OFPV浮体在极端环境下的力学-老化耦合效应，为平台优化设计提供了关键参数。未来需进一步开发抗UV复合材料，并建立波浪-结构-材料的多尺度退化模型，以延长平台寿命至25年设计目标。论文发表于《Clean Energy》，标志着中国在海上光伏工程领域的原创性突破。