電廠灰場區(qū)建設(shè)太陽能光伏電站的應(yīng)用研究

劉艷梅 陳永恒

摘 要： 隨著能源危機(jī)的不斷加深，建筑能耗顯著增長，光伏產(chǎn)品在市場應(yīng)用中不斷推廣， 我國的光伏發(fā)電規(guī)模建設(shè)也進(jìn)入到快速發(fā)展時(shí)期。但光伏電站占地面積大，對局部生態(tài)環(huán)境及自然景觀等方面產(chǎn)生影響。為此，必須合理選擇太陽能光伏電站的建設(shè)地址。在電廠灰場上建設(shè)光伏電站是推動節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的有效手段。

關(guān)鍵詞： 電廠灰場區(qū)建設(shè);太陽能光伏電站;工程概況

我國是個(gè)產(chǎn)煤大國，以煤炭為電力生產(chǎn)基本燃料。近年來，我國的能源工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，發(fā)電能力年增長率為7.3%，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，為解決這些問題，燃煤電廠一般都需要修建貯灰場。為積極落實(shí)國家關(guān)于節(jié)能減排的政策，燃煤電廠正在逐步將濕排灰改造為干排灰，這樣就會出現(xiàn)很多閑置的貯灰場。太陽能是清潔的、可再生的能源。利用光伏電池將光能直接轉(zhuǎn)化為電能的光伏發(fā)電，具有不需要燃料、環(huán)境友好、無轉(zhuǎn)動部件、維護(hù)簡單、由模塊組成、功率可大可小等突出優(yōu)點(diǎn)。因此太陽能光伏發(fā)電作為重要的可再生能源形式，在發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。隨著光伏電站的大量建設(shè)，土地資源也越來越緊缺，而中國存在很多電廠灰場有待二次開發(fā)利用。如能將二者結(jié)合，則既能解決光伏發(fā)電的用地問題，也可以實(shí)現(xiàn)電廠灰場的再利用。

一、太陽能光伏電站運(yùn)行特點(diǎn)分析

人類的生存與發(fā)展，離不開能源的支持。石油、煤炭等傳統(tǒng)能源緊張問題日漸凸顯，嚴(yán)重限制了人類文明的發(fā)展，已經(jīng)成為全世界人們共同面對的難題。為妥善解決能源緊張問題，各國都下大力氣進(jìn)行新型能源的開發(fā)研究工作。太陽能光伏發(fā)電具有高效、環(huán)保、清潔、綠色、可再生的特點(diǎn)。太陽能光伏發(fā)電是利用光伏電池吸收太陽輻射能，將之直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電技術(shù)。我國太陽能光伏發(fā)電事業(yè)起步較晚，經(jīng)過幾年的發(fā)展，也取得了階段性成效，是我國新型清潔能源產(chǎn)業(yè)中的中堅(jiān)力量。光伏電站運(yùn)行特點(diǎn)如下：

1、周期性、間歇性、隨機(jī)性

光伏電站吸收太陽光能并將之轉(zhuǎn)換為電能，這個(gè)運(yùn)作機(jī)理決定了光伏發(fā)電效率必然受到太陽光輻射變化的影響。太陽光輻射有其自然規(guī)律，太陽光輻射強(qiáng)度呈現(xiàn)出由低到高，再由高到低的周期性特點(diǎn)，太陽能光伏電站的發(fā)電效率也隨之呈現(xiàn)出對應(yīng)的周期變化。天氣變化導(dǎo)致太陽能輻照度變化，從而影響光伏電站發(fā)電效率，這些都說明光伏電站具有隨機(jī)性和間歇性。光伏電站出力的間歇性和隨機(jī)性會導(dǎo)致電壓波動、閃變等電能質(zhì)量問題，是電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要風(fēng)險(xiǎn)因素。上述因素都必須在進(jìn)行大型并網(wǎng)光伏電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)予以充分考慮。

2、靜止發(fā)電性

太陽能光伏發(fā)動屬于靜止型發(fā)電，電站所用設(shè)備中不包含旋轉(zhuǎn)部件，部件損耗速度慢，維護(hù)、保養(yǎng)難度和成本較低，在進(jìn)行電氣二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以按照有人值守、無人值班模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3、場地偏遠(yuǎn)性

太陽能光伏發(fā)電以太陽能為基礎(chǔ)能源，在太陽能電站建設(shè)項(xiàng)目選址時(shí)就傾向于選擇光照強(qiáng)度高、日照時(shí)間長、太陽能資源豐富的地區(qū)，我國大型并網(wǎng)光伏電站多在西北、華北及華南等地，這些地方不僅光照條件好，而且土地資源豐富，大量荒漠和灘涂地區(qū)非常適合建設(shè)土地需要量很大的太陽能光伏電站。由于這些地方地廣人稀，地處偏遠(yuǎn)，在設(shè)計(jì)光伏發(fā)電站控制方式時(shí)多采用遠(yuǎn)程監(jiān)控或集中監(jiān)控模式。

二、工程概況

本光伏電站場址現(xiàn)狀為沖積的灰，共裝設(shè)270W光伏組件66572塊，容量為17.97444MW，本期一次建成。本光伏場區(qū)共分兩部分：空地部分和壩體部分。光伏電站每1MW光伏發(fā)電單元經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姾螅ㄟ^1臺1000kV·A箱式升壓變壓器，將電壓升至35kV;若干個(gè)光伏發(fā)電單元并聯(lián)后，通過35kV集電線路接入?yún)R至35kv開關(guān)站。380V/220V所用電接線：采用單母線萬式。開關(guān)站的備用電源引自本期35kV母線，站用工作電源引自6kV外接電源，兩路通過雙電源切換裝置互為備用。

三、電廠灰場區(qū)建設(shè)太陽能光伏電站的應(yīng)用

1、電池組件方陣設(shè)置

本工程共裝設(shè)270W光伏組件66572塊，容量為17.97444MW。本工程兩種布置方式，灰場內(nèi)為支架式，壩上為平鋪式。支架式南北凈間距為4.5m，東西凈間距為0.2m。每1MW布置178個(gè)光伏陣列，每組光伏陣列布置22塊太陽能電池板。共布置14個(gè)單元，共布置2492個(gè)支架，灰場內(nèi)布置容量為14.80248MW;平鋪式光伏組件串的南北凈間距為0.5m，東西凈間距為0.2m，每1MW布置178個(gè)光伏組件，每組光伏組件串布置22塊太陽能電池板，共布置534個(gè)支架，容量為3.17196Mw。

2、豎向設(shè)置

由于場址內(nèi)地形局部高差較大，對地形進(jìn)行局部場平，不進(jìn)行大面積平整，灰場場區(qū)西側(cè)及西南側(cè)地勢較低，現(xiàn)狀為水塘，根據(jù)水文資料顯示，水塘現(xiàn)狀條件下三十年一遇設(shè)計(jì)洪水位為312.5m。光伏場區(qū)西部偏南部分區(qū)域地面高程較低，將受水塘三十年一遇洪水淹影響，局部最大淹沒深度約1.5m淹沒面積約為65615m2，場區(qū)西北側(cè)有高臺需場平，最大高差為5.1m，面積約為53470m2光伏場區(qū)平整量為挖方222470 m3，填方為222470m3;施工臨建處場平為挖方3000 m3，填方為3000 m3。

3、站區(qū)道路設(shè)置

本工程進(jìn)場道路沿用灰場的道路。站內(nèi)道路寬度為3.5m。道路采用砂石路面，路基在原地面基礎(chǔ)上整平夯實(shí)。道路的縱向坡度結(jié)合地形設(shè)計(jì)，橫向坡度為1.5%，滿足設(shè)備運(yùn)輸及運(yùn)行管理的需要。沿道路設(shè)置排水溝。站區(qū)圍欄采用鐵絲網(wǎng)圍欄，高度為1.8m。

4、支架布設(shè)

光伏發(fā)電工程支架基礎(chǔ)工程量在整個(gè)工程造價(jià)中占較大比重，基礎(chǔ)選型直接影響工程投資、施工組織和施工工期。在滿足規(guī)范要求的前提下，支架基礎(chǔ)優(yōu)化方案成為光伏工程土建部分的重點(diǎn)課題。本工程光伏區(qū)擬建場地包括：電廠灰場壩上、電廠灰場內(nèi)。

（1）壩上光伏支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理念首先要保證對壩體不造成影響和破壞，通過對目前光伏行業(yè)常用光伏支架基礎(chǔ)形式的分析，除配重式基礎(chǔ)外，其它基礎(chǔ)形式均對基礎(chǔ)持力層產(chǎn)生不同程度的影響，因此，針對灰場壩上的光伏支架基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)方案;

（2）針對位于灰場內(nèi)的光伏支架基礎(chǔ)，根據(jù)地質(zhì)情況，灰場內(nèi)地基土主要為粉煤灰。地基承載力特征值f=60kPa由于粉煤灰層承載力較低且對混凝土結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性、對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱腐蝕性，根據(jù)地質(zhì)情況，光伏支架基礎(chǔ)通常情況下可采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)等形式。

四、結(jié)束語

綜上所述，以太陽能為代表的新型清潔能源是未來能源產(chǎn)業(yè)的主流發(fā)展方向。我國是能源利用大國，同時(shí)具有豐富的太陽能光伏資源，發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的條件和需求同時(shí)具備。在電廠灰場區(qū)建設(shè)太陽能光伏電站，不僅能夠解決光伏電站用地問題，還能大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電，緩解我國能源緊張的局勢，大幅降低煤炭、石油等傳統(tǒng)能源消耗，減少環(huán)境污染，提高環(huán)境質(zhì)量，對于我國具有中國特色的社會主義建設(shè)事業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展有十分重要的積極意義。

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