中節能一期5MWp漁光互補光伏發電項目防洪影響研究*

(1.南京市水利建筑工程檢測中心有限公司，江蘇 南京 210036；2. 江蘇省水利科學研究院，江蘇 南京 210017)

“以煤為主，發電居多”是江蘇省能源消費的鮮明特征。最新數據顯示，在全省能源消費總量中，煤炭占67%，其中六成用于發電，電力行業也因此成為大氣污染防治的重點領域。太陽能光伏發電具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性和潛在的經濟性等優點[1]，能較好地解決大氣污染等問題。依據江蘇省興化市魚塘較多優勢，設計中節能一期5MWp漁光互補光伏并網發電項目(以下簡稱項目)，不占用農田，不影響魚塘養魚。由于項目區位于東潭湖泊I115圩區內，為符合《江蘇省防洪法》和《江蘇省湖泊保護條例》等相關法律法規的要求，保證項目自身及區域防洪安全。本文根據建設項目的基本情況、所在河道和湖泊的防洪任務和要求，對項目建成后帶來的湖泊防洪影響進行分析，通過數學模型和經驗公式等技術手段對防洪設計安全進行計算[2-3]，以期為相關工程實踐提供指導。

1 項目概況

1.1 項目周邊水文情況

中節能一期5MWp漁光互補光伏發電項目位于江蘇省興化市西郊鎮蕩朱村附近，江蘇省省管湖泊里下河腹部地區湖泊湖蕩之一的東潭第一批滯澇區內。東潭湖泊蓄水面積為8.778 km2，進出湖河道有2條，分別是橫涇河和袁冷河，正常蓄水位1.00m(廢黃河高程，下同)，庫容為0.0176億m3。正常年份的水位，蕩內蓄水較少，多為裸露的蕩地。洪水期，蕩內水位較高，可以滯蓄部分雨水，減輕河道的行洪壓力，但調節利用水量較少，枯水期自然流失。歷史最高洪水位3.34m，相應庫容為0.223億m3。

興化特征水位：根據《里下河湖泊湖蕩(興化市域)退圩還湖專項規劃》( “蘇政復〔2015〕75號”文件)，以興化水位2.50m作為河網排澇設計水位，設計洪水位分別為興化3.10m，校核洪水位為歷史最高水位3.35m。

里下河湖蕩滯澇和滯洪圩分批啟用的標準：當興化水位達到警戒水位2.00m時，周邊地區澇水不能排入里下河地區，滯蓄控制范圍的216km2湖泊湖蕩及時調蓄；當興化水位達到2.50m時，第一批滯洪圩開放滯蓄；當興化水位達到3.00m時，第二批滯洪圩開放滯蓄；當興化水位超過3.00m時，并有繼續上漲趨勢時，第三批滯洪圩開放滯蓄。

1.2 項目設計

1.2.1 項目設計規模、等級

項目裝機容量為5MWp,未來裝機容量要擴建至50MWp。項目區位于東潭湖泊保護范圍內(I115圩區)，總用地面積約0.127km2，其中魚塘面積為0.121km2，占總面積的95.3%；陸地面積約0.616km2，集中在魚塘區東側。光伏組件及逆變升壓平臺分布于魚塘區內，10kV開關站和SVG室分布于魚塘東側的陸地上，見圖1。項目區內主要建筑物及結構抗震設防類別為丙類，設計安全標準為二級。

圖1 項目漁業養殖區和東邊陸地

1.2.2 項目設計內容

項目為5MWp并網型光伏發電系統，采用分塊發電、集中并網方案，將系統分成5個1MWp子方陣，子方陣采用集中式逆變器，每500kWp光伏組件、匯流設備與1臺500kW逆變器構成1個光伏發電單元，每個光伏發電單元經逆變器將直流電轉換為低壓交流電，兩個光伏發電單元經1臺1000kVA雙分裂繞組升壓箱式變電站將交流電升壓至10kV。

光伏組件選用310Wp多晶硅雙玻電池組件，利用魚塘建設光伏電站，共計安裝16400塊組件。光伏組件的支架采用固定式安裝，組件支架傾角為25°。每個光伏支架單元由20塊1968mm×992mm多晶硅組件組成，光伏組件采用2行20列豎向布置，組件前后排陣列凈間距為4.5m。支架基礎擬采用3280根Φ300mm預應力混凝土管樁(PC300-70樁)，光伏電池組件底沿最低高程為3.85m。

3座逆變升壓設備平臺，每個平臺尺寸為11m×6m，每個平臺有6根Φ300mm預應力混凝土管樁(PC300-70樁)支撐，樁長12m，平臺標高為4.2m。

1個10kV開關站，長20.9m、寬16.1m，總建筑面積為336.49m2，承臺上澆筑500mm×500mm的鋼筋混凝土方柱16根，開關站平臺標高為4.8m。

1個集裝箱式SVG室，支撐平臺采用6根Φ300mm預應力混凝土預制管樁(PC300-70樁)，樁長8m，標高為4.2m。

2 項目防洪影響綜合分析

2.1 項目防洪安全分析

對1952—2011年興化站不同重現期設計水位，進行皮爾遜Ⅲ型頻率計算[4]，見圖2。

圖2 興化站年最高水位PⅢ型頻率曲線

由圖2可知，興化站50年一遇最高水位為3.25m。興化里下河歷史最高洪水位為3.35m，重現期為67年，為保證項目自身的安全，依據光伏電站設計規范，該項目安全校核洪水位采用興化歷史最高洪水位加0.5m安全超高[5]，即3.85m。

項目中光伏電池組件底沿最低高程為3.85m，3個設備(逆變升壓)平臺標高為 4.2m，1個集裝箱式SVG室設備平臺標高為 4.2m，1個開關站平臺標高為 4.8m，均滿足不低于安全校核洪水位(3.85m)的要求。

2.2 項目占用湖泊水域面積和防洪庫容影響分析

東潭湖泊保護面積為8.778km2，I115圩區面積約1.213km2，本次項目實際占用滯蓄面積為237.4m2，占I115圩區的萬分之二，占東潭的萬分之零點三。東潭湖泊有效滯蓄庫容近1843.4萬m3，I115圩區有效滯蓄庫容近254.7萬m3，該項目有效滯蓄庫容(1770.7m3)占I115圩區有效滯蓄庫容的萬分之七，占東潭湖泊有效滯蓄庫容的萬分之一，因此，項目的實施對東潭湖泊水域面積和滯蓄庫容影響微乎其微，由于項目采用“占補平衡”的措施，利用項目區西側魚塘進行相應的水域面積和庫容補償，不會對東潭湖防洪產生影響。

2.3 項目對行水通道影響分析

項目位于東潭湖保護范圍I115圩區內，位于一級行水通道下官河的西側，二級行水通道李中河的東側、橫涇河的北側。項目實施區域與該三條河都并不直接相通，未占用行水通道，故對行水無影響。

2.4 項目對湖泊水環境影響分析

光伏發電是一種清潔的能源，既不直接消耗資源，基本不釋放污染物，也不產生溫室氣體破壞大氣環境，其當前考慮的污染主要為光污染、固體廢棄物污染等。

項目位于東潭湖內，位置較偏，周邊基本沒有大型集中居民區，故光污染對周圍影響較小；由專業人員負責運營維護，具備較好的專業技術水平，拆除的組件由廠家回收，不會對環境造成污染；基本未改變I115圩區的魚塘狀況；故該項目對湖泊水環境基本無影響。

2.5 項目對第三人合法水事權益影響分析

a.項目距離周邊航道較遠，且與航道不連通，對航道無影響。

b.場址區域內無飲用水取水口。

c.項目為漁光互補項目，在魚塘內設置了光伏支架，但是未改變魚塘養魚的現狀。光伏組件板會擋住陽光，故魚塘的養魚種類將發生變化，項目建成后主要養一些喜陰、經濟價值較高的魚類，如：虎頭鯊、大塘虱魚等，養殖效益較之前提高，故對魚塘養殖未產生影響。

2.6 設計水文條件對項目安全影響分析

利用Mike21建立概化的二維水動力數值水槽模型，并采用樁群水流阻力概化技術，計算電站基礎樁的樁前局部壅水高度?？紤]到電站樁群的工程區域集中在400m×300m的區域內(見圖3)，數值水槽尺寸選擇：長度10000m，寬度2000m。其中，槽寬小于東潭縱寬，是考慮到水槽邊壁可能帶來的水流擠壓作用，使計算結果高于天然條件下的樁前局部壅水高度，以獲得一個偏于安全的計算值[6]。數值水槽采用三角形無結構網格：網格節點3826個，網格單元數7343個(見圖4)，糙率概化區糙率采用0.038，風速分別取14.9m/s、20.0m/s。

圖3 數值水槽

圖4 數值水槽網格劃分

按照“特征水位+組合風浪+壅高”的方法，對電站主要建筑物設計防洪高程進行風險分析[7]，結果見下表。

特征水位風險分析表

光伏組件設計上允許越浪風險的存在，由表1知，在設計水文條件下，該項目是安全的。

3 結論與建議

a.項目通過采取“占補平衡”“專業人員負責運營維護和回收”“改變養魚種類”等措施，該項目建成后不會對區域防洪、湖泊水環境、第三人合法水事權益產生不利影響。

b. Mike21二維水動力數值模型和皮爾遜Ⅲ型頻率計算結果表明，設計水文條件下，該項目高程滿足光伏發電站設計規范防洪設計要求，洪澇不會對該項目自身安全產生影響。

c.東潭湖作為江蘇省管湖泊里下河腹部地區湖泊湖蕩之一，其涉水工程應經由省水行政主管部門確認其規模、型式、有關高程，且對湖泊行洪、蓄洪等無不利影響，得到許可后方可建設。同時，業主應積極組織全體人員學習防汛知識，提高防汛意識；成立防汛小組，責任落實到人；備好防汛器材、物資，非防汛搶險不得擅自使用；做好度汛預案，并以防汛安全為前提，一旦遭遇超標準洪水，應立即撤出工作人員和不能淹水的電氣設備。fffff2

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