風光一體化發電項目水土保持措施配置初探

程艷輝

(湖北安源安全環保科技有限公司，湖北 武漢 430040)

1 引言

風力發電與光伏發電作為綠色能源，符合可持續發展的原則，發展風力發電與光伏發電是國家發展可再生能源、優化能源結構這一宏觀能源戰略的重要體現，有利于緩解環境保護壓力，實現經濟與環境的協調發展[1]。風力發電與光伏發電均存在隨機波動性強、出力不均的特點。通過創新設計，將風力發電與太陽能發電技術加以綜合利用，可以充分利用這兩種清潔能源在時間與空間上的互補性，實現一種嶄新的、更加合理的能源結構。一方面，可以利用風力發電與光伏發電在大時間尺度(如季節分布)與微時間尺度(如一天之內晝夜分布)上出力的互補性，彌補獨立風力發電和太陽能光伏發電系統的不足，向電網提供更加穩定的電能；另一方面，可以充分利用空間，實現地面和高空的合理利用，發揮風、光資源的互補優勢，實現兩種資源最大程度的整合[2]。這種風光互補的能源利用模式將是未來能源結構中一個新的增長點。本文對廣水市100 MW風光一體化并網發電項目建設過程中的水土流失進行了分析，以找出一套完整的工程措施、植物措施和臨時措施水土保持措施體系配置[3]，力求達到有效防治水土流失目的，為今后類似風光一體化項目提供參考。

2 項目及項目區概況

2.1 項目概況

工程位于湖北省隨州市廣水市應山街道辦、十里街道辦一帶區域，建設規模為擬在項目場區內山脊山頂上布置50 MW低風速山地風力發電場，安裝25臺單機容量2 MW的風力發發電機組；在場區內山脊及山腰的緩坡上安裝總容量50 MW的太陽能電池組件。風力發電與光伏發電產生的電能共用一座110 kV升壓站送出，發揮風光一體化的資源互補優勢。

2.2 項目區概況

項目區地處區域日照較充足，年太陽輻射量為4464.34 MJ/m2，年日照小時數為1852.6 h。太陽能資源按分類屬我國資源豐富地區，屬湖北省一級可利用區，具有一定的開發利用價值。本區域地處桐柏山東南片山脊，屬于鄂東北崗地風能資源豐富區，具有較好的風能開發利用價值。通過項目區域內兩個點位衛星數據進行資源分析，點位80 m高度20年平均風速約為5.94 m/s、6.07 m/s，風功率密度為246.5 W/m2、267.1 W/m2。場區布機點位處風功率密度大部分為2級，風資源較好，具有一定的開發價值，主導風向為NNE與SSW方向，及附近扇區風向穩定，風能集中，適合風力發電。項目區地處中緯度地帶，屬北亞熱帶季風氣候區，項目整體高程在100～500 m，多年平均氣溫15.9 ℃，多年平均降雨量993.4 mm，項目區土壤類型主要為黃棕壤，林草植被覆蓋率約為65%，水土流失以水力侵蝕為主。

3 風光一體化并網發電項目建設中的水土流失特點

3.1 風電建設擾動強度大、光伏建設征占地面積大

風光一體化項目建設中由于風電項目為了獲得較好的風能資源，風電場的建設一般選擇在較為陡峭的山頂或山脊，為了滿足風機施工需要，在修建道路的施工中，對施工道路的開辟和項目場地平整，往往需要削高填低的大量土石方開挖和填筑，損毀大量植被，嚴重破壞山地生態自然環境，導致山地風電水土流失較光伏場區更為明顯和嚴重。光伏電場為便于獲取太陽能及安裝建設的需要，一般修建在低緩空曠的荒坡地上，且安裝光伏板施工工藝多為支架基礎固定安裝，對地表擾動較小，但光伏板布置往往需要征占更多土地，集中擾動更多地表。

3.2 風電場區植被恢復難度大、光伏場區綠化條件限制多

風電場區受風資源的限制，其選址往往是在植被較好、雨水充足、原有生態系統較好的山頂或山脊，但風電場建設難免破壞了原有生態系統、嚴重損毀地表植被、破壞土層結構，尤其是山區表土的珍貴和難以短時間恢復，加之風電場人為活動的影響，均對后期風電場植被的恢復帶來極大難度。光伏發電由于需要考慮太陽光照的影響，往往需砍伐高大喬灌木，為防止遮擋陽光，影響發電效益，需定期對光伏場內綠化進行修剪維護，場區植被往往以低矮草本植被為主，因此光伏場區的綠化植被恢復，受光照限制條件多[4]。

3.3 建設周期長、土壤侵蝕主要集中在施工期

風光一體化建設中，尤其是風電工程施工過程中由于土方開挖、臨時堆土、土方回填以及基礎施工等活動極易產生較大水土流失，特別是道路區施工擾動大，如不采取有效的防治措施，施工引起的水土流失甚至會影響當地居民生產及生活，對地表植被及周邊環境造成一定的影響和危害。光伏場區建設中應加強施工管理，盡量減小土地擾動面積，光伏場區平整宜結合地形實際就勢平整，控制土方開挖、回填，盡量縮短臨時堆土存放時間，從源頭控制水土流失。施工中針對周期較長的問題，建設中應注重場地平整、道路修筑及基礎施工等盡量避免在大雨大風天氣施工，可最大限度減少水土流失。土石方工程確需在雨季施工時，需做好防雨措施，確保施工安全及防止水土流失。

4 風光一體化并網發電項目水土保持防治措施設計

4.1 風電場水土保持防治措施布局

根據風電場水土流失特點，結合施工區自然環境狀況，把風機區進一步細分為山頂風機、山脊風機進行重點防護，同時對道路區進一步劃分為填方道路、挖方道路、半挖半填道路進行水土流失重點防治，把土建施工作為水土流失防治的重點時段進行重點防護[5]。采用工程措施、臨時措施和植物措施相結合的措施設計進行系統化防治水土流失[6]。為此，提出了在風電場各細化分區內水土保持工程措施、植物措施和臨時措施[7]，以有效控制和減少施工建設造成的水土流失。本工程風電場各分區水土保持防治措施總體布局詳見表1。

表1 風光一體化風電場水土保持防治措施布局一覽

4.2 光伏場水土保持防治措施布局

光伏場區針對建設征占地面積大的特點，通過優化設計、合理布局，對建設中的施工場區、施工道路等占地采取了永臨結合的施工方式，大大減少施工中單獨開辟的臨時占地，同時盡量利用風光一體化已有電力、排水等設施，最大限度地減少施工占地[8]。光伏場區容易忽視的未考慮施工前期的表土剝離和施工過程中的臨時防護以及施工后期的場地清理和植被恢復，因此，本文重點對以上水土保持防治措施進行了補充和完善，以期形成一個完整的水土流失防治體系[9]，將水土流失降到最低限度，從而最大限度地保護區域生態環境。本工程光伏場各分區水土保持防治措施總體布局詳見表2。

表2 風光一體化光伏場水土保持防治措施布局一覽

4.3 風光一體化項目建設期水土保持管理

針對風光一體化項目的水土流失主要集中在施工期的特點，施工期應強化施工管理，水土保持實施管理機構應與設計、施工、監理單位保持密切聯系，協調好水土保持方案與主體工程的關系，確保水土保持設施的全面落實，并按時竣工，最大限度地減少人為造成的水土流失和生態環境的破壞[10]。加強工程現場檢查，掌握工程施工和運行期間的水土流失狀況及其防治措施的落實情況。

5 結語

風力發電與太陽能發電相結合，既可以利用兩者發電在時間上出力的互補性，又可以利用兩者在空間上實現地面和高空的合理性，充分發揮風、光資源的互補優勢，實現兩種資源最大程度的整合。本文以廣水市100 MW風光一體化并網發電項目為例，根據風光一體化的建設特征，初步分析和總結了風電場擾動強度大、光伏場區征占地面積大等水土流失特點，簡要提出了加強對風電場風機及道路、光伏場區等水土流失工程措施、植物措施和臨時措施相結合的防治措施設計，重點加強施工期水土保持的監督和管理。通過分析風光一體化項目水土保持措施設計，形成了一套風光一體化項目有效的水土保持綜合防治措施體系，有效防治了風光一體化項目建設中造成的水土流失，為今后類似項目水土保持設計提供參考。