山地丘陵太陽能光伏場地的總圖豎向布置方案比選

宋曉萌

( 中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

近年來國內外新能源項目增長迅速，太陽能光伏發電項目以其取之不盡用之不竭、隨處可得、運行成本低、維護簡單、建設周期短等優點[1]被各國電力行業所重視，已成為現代產業中較為成熟的商業化發展新型能源之一，但由于其占地面積大的原因，選址愈發偏向山地丘陵地區，為了維持可持續發展的生態環境，豎向布置方案的確定為設計施工帶來了一系列新的要求，本文針對山地丘陵太陽能光伏項目進行總圖豎向布置方案比選。

1 場地豎向布置

1.1 場地豎向布置概念

場地豎向布置，是對自然場地進行垂直方向的高程(標高)設計布置；既要滿足光伏場地的工程需求，又要滿足光伏項目安全、美觀等方面的要求[2]。光伏場地豎向布置，應與光伏場地總平面布置同時考慮，配合進行設計。

1.2 影響場地豎向布置的因素

1)自然地形地貌

太陽能光伏項目工藝較為簡單，但占地面積較大，應盡量利用自然地形，并加以改造進行豎向布置，使改造后的設計地面能夠滿足防洪(澇)、光伏發電等使用要求。

2)場地排水

太陽能光伏項目應有完整有效的排水系統，保證場地雨水能夠順利排除，在特殊地區例如山地場地或濱海場地時，應特別考慮防洪(澇)、排洪(澇)等問題，使場地不受洪水的威脅[3]。

3)土方工程量

太陽能光伏項目應利用地形進行合理改造，盡量使土石方填挖量最小。對地形圖進行仔細研讀，統一考慮場區內土方平衡問題，對土質、土壤松散系數及壓實系數進行落實，盡量使整個場區填挖平衡且數量最優。盡量避免不必要的取棄土和重復挖填等現象[4]。

4)水土流失

太陽能光伏項目應盡量對地面地表進行維護以及及時修護，防止水土流失現象的發生。

5)必要的工程設施

太陽能光伏項目需合理布置豎向設計時必要的工程設施(如擋土墻、護坡等)和排水構筑物(如排洪溝、排水溝等)。

1.3 場地豎向布置方式

1)完全場平布置

對整體場地進行平整，完全修改自然等高線，改變其自然地形坡度從而進行豎向布置，通常適用于工期緊或對支架安裝有要求的場地。

2)完全不場平布置

對整體場地不進行平整，完全不改變其自然地形坡度，進行豎向布置，通常適用于整體坡度較小或對支架安裝要求不高的場地。

3)局部場平布置

對地形圖進行精細化設計，利用軟件(如civil 3D)輔助對地形圖進行坡度分析，從而縮小場平的范圍，再對需要場平的場地進行局部豎向處理，進行豎向布置。通常適用于一部分場地坡度較小，一部分場地坡度較大的場地。

2 工程實例

以下通過工程實例，結合上述三種豎向布置方式，對總圖豎向布置方案進行比選。

2.1 工程概述

某45MW 光伏發電工程，分為兩個地塊進行布置(如圖1 所示)，分別為地塊一30MWp和地塊二15MWp。本工程地塊一地形較為復雜，故以下僅對地塊一進行豎向布置方案研究。

圖1 電站地貌

2.2 場地豎向方案對比

地塊一場地區域內地形較為開闊，無自然高深陡坎和深切溝谷，原自然地形(見圖2)西南高東北低，地勢上由西南向東北傾斜，中部有一較大土丘，利用Autodesk Civil 3D 軟件進行坡度分析(見圖3)，地塊一坡度大部分小于4%，西側與東北側坡度大部分為4%～8%，局部坡度大于8%。

圖2 原始地形圖

圖3 坡度分析圖

1)方案一：完全場平布置

a.場地排水

地塊一按完全場平布置，如圖4 所示，場地以外排水方向大約為西南至東北，場地西南側主要為填方，需修筑排水溝。

b.土方量

場地分析：地塊一場地坡度由西南朝向東北，以土方平衡最優為標準進行平整，南北坡向-1.7%，東西坡向-0.2%，場地最低點位于場區北側，最低標高為1 505.20 m；最高點位于場區南側，最高標高為1 523.00 m。

全場地整平需填土92.5 萬方，挖土92.8 萬方，不包含邊坡，土方基本平衡（見圖4）。

c.邊坡擋墻設施

根據場平整體標高，需規劃邊坡及擋墻（見圖4）。

圖4 完全場平示意圖

d.水土流失

由于大面積對場地進行平整，植被破壞嚴重，需對場地進行植草或種植農作物以保證水土不流失。

e.容量及總平面布置

本布置容量可達41.87 MW（支架南北向凈距為3.1 m），總平面布置如圖5 所示。

圖5 方案一總平面布置圖

2)方案二：完全不場平布置

a.場地排水及邊坡擋墻設施

地塊一按完全不場平進行布置，維持地表原貌，排水方向不受阻擋，可不進行排水措施設計及邊坡擋墻修筑。

b.土方量

全場區整平土方按0 方計算。

c.水土流失

考慮到對環境的不利因素以及對植被的保護，不對場區進行場平，維持地表原貌，保證水土不流失，僅考慮光伏支架處的植被恢復。

d. 容量及總平面布置

本布置容量可達28.91 MW（支架南北向凈距為3.0 m ～8.5 m ），總平面布置如圖6 所示。

圖6 方案二總平面布置圖

3)方案三：局部場平布置

既充分考慮太陽能光伏項目的最優土方，又考慮到保護環境及防止水土流失，對上述兩個方案進行折中，采取局部場平的布置方式進行平整。

a.場地排水及邊坡擋墻設施

地塊一按局部場平進行布置，如圖7 所示，大部分維持地表原貌，僅坡度較大處平整，排水方向基本不受阻擋，僅局部對平整處進行排水措施及邊坡擋墻修筑。

圖7 局部場平示意圖

b. 土方量

地塊一大部分場地坡度為1%～4%，按照不大范圍進行整平的原則對其進行平整分析：對場地西北側、東北側自然坡度大于4%的部分進行平整，設計坡度約為3%～4%，是為填方；場地北側、中部及東南側的山包按挖方計算，對其進行推平平整，是為挖方。

局部場平需填土29.5 萬方，挖土30 萬方，不包含邊坡，土方基本平衡。

c.水土流失

本方案僅局部進行平整，故對原地形破壞有限，現場在能夠維持地表原貌的條件下進行施工，僅考慮光伏支架處的植被恢復，以保證水土不流失。

d. 容量及總平面布置

本布置容量可達32.64 MW（利用Autocad Civil 3D 和Helios 3D 軟件，通過實測地形圖的地模建立以及根據緯度及支架角度等計算，確定南北向凈距，局部整平凈距為4 m，其余為3.5 m ～7.5 m），總平面布置如圖8 所示。

圖8 方案三總平面布置圖

2.3 場地豎向方案分析

2.3.1 豎向方案優缺點分析

1)方案一

優點：布置容量最大，約41.87 MW。

缺點：土方量最大(填方92.5 萬方，挖方92.8 萬方)，擋墻護坡及排水溝工作量最大，土地植被破壞最嚴重，需對水土保持實施適當的措施。

2)方案二

優點：土方量最小(挖填方均為0)，擋墻護坡及排水溝工程量為0，僅對光伏支架處進行適當的植被恢復。

缺點：布置容量最小，約28.91 MW。

3)方案三

優點：土方量適中(填方29.5 萬方，挖方30 萬方)，擋墻護坡及排水溝工作量較小，土地植被破壞有限，僅需對光伏支架處及局部平整處進行適當的植被恢復，以保證水土不流失。布置容量合適，約32.64 MW。

缺點：局部平整處仍對地形地貌有破壞作用，在適當的地方需增設排水措施。

2.3.2 技術經濟比較表

方案一、方案二、方案三具體經濟比較如表1 所示。

表1 技術經濟比較表

②土方外運(購)費用按80元/m3計算。

2.4 分析結果

通過以上分析，方案一裝機容量最大且施工實行度較易，但土石方量大，擋墻護坡及排水溝工程量較大，投資最大、對水土保持影響最大；方案二土方量最小、對水土保持影響較小、投資小，但施工實行較為困難且裝機容量最小；方案三土石方量較小，投資雖較方案二有所增加，但裝機容量合適，對水土保持影響較小，施工進度較快投資小，綜合比較，方案三可作為設計推薦方案。

3 結語

結合現實情況，利用此類地形建設光伏電站的情形逐漸增多，在全國各地尚有許多同類型地區，為了水土保持以及不破壞自然生態平衡，應合理地進行太陽能光伏項目的開發，針對局部場平布置進行更加優化及精細的計算，保證土方量最小最優的同時合理滿足生產和使用的要求，不僅能加快建設進度，更能達到節約基建費用投資的目的。