復雜地形光伏電站工程的場地設計研究

摘要：場地設計是工程建設中必不可少的組成部分，做好工程前期的場地設計工作，為實現這些工程及優化工程項目提供了可能，從而為后續工作打下良好的基礎。以鄒城20MWp光伏電站工程為例，針對工程地形條件復雜、環保問題帶來的經濟問題，運用場地設計概念，輔以經濟學理論，對工程運作與生態環境保護等方面進行前期研究與設計，從全局出發，提出場地總體布局的可能性、可行性及實現這些可行性的優化可能。

關鍵詞：場地設計；復雜地形；光伏電站；環境保護

作者簡介：宋春艷（1979-），女，山東濟南人，山東電力工程咨詢院有限公司，工程師；高補偉（1983-），男，山西忻州人，山東電力工程咨詢院有限公司，工程師。（山東 濟南 250013）

中圖分類號：F273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）27-0238-03

一、場地設計的問題

場地設計（site design），是針對基地內建設項目的總平面設計，依據建設項目的使用功能要求和規劃設計條件，在基地內外的現狀條件和有關法規、規范的基礎上，人為地組織與安排場地中各構成要素之間關系的活動。場地設計既能提高基地利用的科學性，又使場地中的各要素，尤其是建筑物與其他要素形成一個有機整體，保證建設項目能合理有序地進行、使用，發揮出經濟效益和社會效益。同時，使建設項目與基地周圍環境有機結合，產生良好的環境效益。[6]

目前國內的電力建設已進入市場化，適時地引入經濟學理論是適應電力建設市場化的必然。將經濟學的基礎理論引入場地設計研究不僅是對場地設計概念優秀理論的繼承，更是市場經濟下的必然與創新發展。通過對近年來的光伏工程的案例進行分析，不難發現復雜地形的電站工程已逐漸成為整個國內市場的主角。現以山東電力工程咨詢院設計的鄒城20MWp光伏電站工程為例，闡述如何引入場地設計概念去推進項目的進行。

二、鄒城工程案例分析

鄒城20MWp薄膜太陽能光伏電站工程位于山東省鄒城市境內。鄒城市地處山東省南部，地理坐標為北緯35°11′～35°32′，東經116°24′～117°30′，是國家級歷史文化名城，新興能源工業基地。城市北接兗州、曲阜、泗水，西靠濟寧、微山，南鄰滕州、山亭，東連平邑。全境東西最長63km，南北最寬35km，總面積1613km2。鄒城市轄3個街道、14個鎮，總人口112萬人。

1.建廠外部條件

（1）地理位置條件。郭里鎮黃山區站址位于鄒城市郭里鎮黃山區，西距郭里鎮駐地約1km。站西側與站址南側均有規劃路可以接入鄒城市區道路，交通條件較好。

（2）光照條件。鄒城市無日射觀測站，建議本階段采用濟南站檢測數據。全年總輻射量按5122.55MJ/m2計，全年日照時數在2700小時左右，全年平均日照百分率在60%以上。適宜太陽能電站建設。本報告參照濟南站的監測結果，與當地實際光照度有一定的誤差，但從國家氣象局的資料來看，該地區的光照度指標應高于濟南地區，經濟效益較好。

（3）場地條件。擬建站址地形起伏較大，北側、東側、南側三面地勢高，西側及中間地勢低洼，自然地面標高在61.5m～161.1m（1985年國家高程基準，下同），地貌類型為丘陵，地貌成因類型為斜坡地。目前為未利用土地。站址用地形狀極不規則，場地東西長約150m～1400m，南北寬約260m～960m，場地用地面積約76.32hm2，因場地東側部分丘陵約6.71hm2用地為已劃定的公益林用地，除去公益林，工程實際用地面積約69.61hm2，基本能滿足本工程電站站區的用地要求。

（4）電站接入條件。根據電站規模及在電網中所處的位置，擬通過1回35kV線路接接至110kV石墻站35kV側或220kV北宿站35kV側。

（5）區域水文條件分析。由于山地丘陵的坡度較大，匯流時間短，洪峰流量較大，坡地匯流洪水將對站址產生一定的影響，站址區域中的山腳平原處在超標準暴雨過后的洪水淹沒深度約0.8m。

（6）生態環境現狀。鄒城市屬水土流失易發區，全縣低山丘陵約占全市總面積的70%，大小河流數目多，水土流失狀況曾一度較為嚴重。為改變這一狀況，鄒城市依靠政策來科學綜合治理水土流失，經過十幾年堅持不懈的努力，取得了顯著成效，治理后的小流域林草覆蓋率大大提高，土壤流失率也有較大程度的降低。

要想解決建廠外部條件帶來的問題，首先，要先了解光伏電站工程的自身特點，根據其自身的異樣性分析問題，進而提出解決方案。

2.光伏電站的自身特點

光伏并網發電系統主要由光伏方陣、并網逆變器、測量通信系統及公共電網組成。光伏方陣將太陽能轉化為電能（直流電），并傳遞到與之相連的逆變器上，逆變器將直流電（DC）轉變成交流電（AC），輸出電力與公共電網相連接，為當地提供電力。所以整個場地除中控室、配電室、材料庫、辦公室外，大部分為成組布置的光伏電池板組件。光伏組件是將太陽能直接轉變為直流電能的部件，是光伏電源系統的核心部件，科技含量非常高，要求具有非常好的耐侯性，能在室外嚴酷的條件下長期穩定可靠地運行，同時具有高的轉換效率。因此，光伏電站工程場地總體布局的核心是對光伏電池組件的布置場地進行選擇。中控室、配電室、材料庫、辦公室等設施可以合建一座綜合樓，一方面考慮電力出線方便，另一方面考慮靠近道路，方便交通。

光伏發電組件的布置方向朝南最為有利。對于固定式陣列的并網光伏發電系統，應選擇光伏組件陣列最佳傾角，使傾斜面上的輻射總量達到最大，從而達到光伏電站年發電量最大的目標。

三、鄒城工程場地設計研究（見圖1）

1.建廠條件分析

（1）早在春秋戰國時期，吳國的伍子胥就曾提出“相土嘗水，象天法地”的思想，經過歷代建設規劃實踐者的繼承發展，到今天依舊在被使用。“相土嘗水，象天法地”就是強調現場踏勘，包括地形、地質、水文氣象及區域位置、交通等狀況的調查。通過現場踏勘，結合現狀地形圖紙資料，可以從整體入手選擇合適的用地，并對用地進行分析，通過工程措施來實現工程。從“手繪站址區域位置及地形條件圖”可以看出：站址所示區域具有明顯的交通優勢，其西、南處可以接入城市道路，交通條件較好；站址所在區域有山洪流的威脅。北側、東側、南側三面地勢高，西側及中間地勢低洼，區域整體地勢為向西逐漸降低。當遭遇超標準暴雨時，丘陵的坡面流洪水將沿地勢流向廠址中間區域匯流后再向西流走，由于山地丘陵的坡度較大，匯流時間短，洪峰流量較大，坡地匯流洪水將對站址產生一定的影響。

（2）場地設計一定要尊重當地的環境整治的成果。這不僅僅是成本造價的問題，并且關系到千秋后代。如果場地規劃處理不當，不僅是工程的敗筆，更使當地這幾十年的環境整治成果付之東流。借鑒微觀經濟學理論中的“邊際”概念，運用場地設計手段，不僅僅可以照顧到場地土方、場地豎向設計需考慮的問題，更重要的是未破壞當地的生態環境建設，符合國家和當地的相關政策。邊際效用與資金分配見圖2。

2.場地設計

（1）提取山脊分水線，進行場地洪水分析。根據等高線曲率最大判別法將山脊線提取出來，由其控制場地平面，然后分出山地與平地，找出控制點，連接成線。某地域降水的多少與地形的地貌構成如何影響關系是很小的。另外，對于處理的場地都有場地邊界線，不能把場地邊界線想當然地認為是排水區域界線。計算匯水面積要跳出場地邊界的限制，在必要的更大范圍里計算出各種水力參數。

（2）繪制場地設計圖（見圖3）。利用場地原有地形中由于地面徑流形成的天然匯水溝，適當地進行改造加固，可以做到順應地形，不破壞地表形態，不破壞原地面徑流，這也是防止水土流失、保護生態環境的一種設計手段，符合中國古代規劃理論的“形勝”思想——與自然結合，改造自然但不破壞自然。

根據工程建設的特點及完工后運行情況，在工程建設期和自然恢復期是水土流失主要發生期。施工期間，伴隨光伏組件基礎開挖、施工道路開挖填筑等施工活動，將擾動原地表、破壞地表形態，導致地表裸露和土層結構破壞，遇降雨或大風天氣將產生水土流失；工程運行期間，地表開挖、回填、平整等擾動活動基本結束，水土流失程度將大幅度降低，但因擾動后的區域自然恢復能力降低，并具有明顯的效益發揮滯后性，仍將會產生一定的水土流失。

因此，仍須采取以下防止水土流失的工程措施：

一是工程分期、分階段進行，且作業場地面積控制在一定的范圍內。因為作業場地擴大會造成更大面積的土壤表層的破壞，造成風沙侵蝕的增強。

二是沿山地與平地交界處規劃站區內部道路，同時沿路邊設排水溝，將場地雨水排至排洪溝內，防止山坡地徑流對場地的沖刷破壞。

三是采取路基路面排水及路面混凝土硬化等工程措施，防止路基路面受雨水、地表徑流沖刷而失穩。

3.站區總平面規劃

根據光伏電站的布置特點，本工程根據場地原自然地形坡度進行微調整，根據計算選擇的光伏組件陣列最佳傾角，將太陽能電池板沿地面坡度分為20個單元組進行布置，1MWp一個單元，因站址用地形狀不規則，所以每個單元用地不盡相同。每個單元行列間距由設計的最終場地坡度而定，基本上是利用原有自然地形坡度，盡最大可能不動土方。逆變器及變壓器一個單元配置一組，盡可能布置在陣列的中間，以減少電纜的敷設長度。交、直流配電裝置均選用戶外型產品，站址出線通過35kV 電纜直埋至戶外，通過架空線路連接至站址西南側的110kV石墻站。站址西側、南側約1km處為太黃路，方便站址與外部的交通聯系。中控制室、材料庫等聯合布置的綜合樓布置在站址的中部，靠近站內南側環丘陵的5m寬主路，方便站內的電纜連接，減少電力損耗。

在市場經濟體制下，電力工程的設計勢必要運用經濟學理論以保證工程的可行性。

（1）效用最大化。首先，最大限度保護當地生態環境；其次，采用投資最省的場地設計方案；最后，方便施工，保證工期。

（2）利潤最大化。在給定的土地內，保證業主要求的太陽輻射總量，即保證發電規劃總量的要求。

四、結語

鄒城項目通過合理的場地設計延續了“形勝”思想，既考慮到了工程的安全性，又為工程的可行性提供了可能。目前電力建設的市場化道路上環境保護問題普遍存在，為此應探索如何通過設計手段將項目推進中存在的問題化解，使項目可行。

參考文獻：

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