新能源電站場地設計防洪研究

摘 要：為解決新能源電站場地設計時防洪標準及防洪技術不明確的問題，通過對比分析現行規范，綜合歸納風電場、光伏電站、生物質電站、儲能電站的防洪標準，提出防洪標準建議；通過分析電站場地設計時的多重影響因素，提出相關防洪設計策略。得到以下結論：1）對于光伏電站和風電場的發電區域，防洪標準建議按照DL/T 5084—2021《電力工程水文技術規程》第3.0.9條來確定。2）發電和變電是電力工程的有機整體，當二者防護等級或規模不同導致防洪標準不同時，建議取二者中的高值，以保證安全性。3）對于涉及新能源電站的重大工程，建議依據水文專業提供的工程壽命周期內的可能最大洪水（PMF）數據作為設計防洪標準。

關鍵詞：新能源電站；場地設計；防洪標準；技術策略

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A

收稿日期：2024-04-16

通信作者：徐開源（1987—），男，碩士、工程師，主要從事電力工程總圖運輸設計方面的研究。365169060@qq.com

0" 引言

電力工程一般分為輸電工程、發電工程、變電工程3大類，如圖1所示。發電工程又可細分為傳統發電廠和新能源電站，其中，傳統發電廠包括火電廠、核電廠，新能源電站包括風電場、光伏電站、氫能電站、生物質電站，以及作為新能源電站配套設施或獨立運行的儲能電站等。

新能源電站的興起減少了人們對化石能源的依賴，實現了能源的可持續發展。新能源電站場地設計時，防洪標準的確定直接關系到場地建（構）筑物的抗洪能力，以及人員、財產的安全問題。然而，目前對于新能源電站的防洪標準的確定在不同規范中存在差異，需要通過更精準的防洪規范來制定合理的標準，以應對不同類型電站的需求。本文主要研究風電場、光伏電站、生物質電站，以及作為新能源電站配套設施或獨立的儲能電站的防洪問題，探究對應的防洪標準，并提出可供相關設計人員參考的、具有可行性的防洪設計策略。

1" 基本理論概述

1.1" 洪水與防洪

在洪水發生前會有一個雨量累積過程，洪水具有洪量、洪峰、洪水位3個特征，存在漲水段、洪峰段、退水段3個時段。洪水是一種水文現象，通常用洪量、洪水歷時及洪峰流量3個要素來定量表述其大小情況。GB/T 22482—2008《水文情報預報規范》[1]中的第8.2條將洪水分為小、中、大、特大4個等級。

防洪工程涉及到水文學、地質學、空間規劃、災害管理等多學科的理論知識。中國計算洪水發生概率的途徑主要有兩種，分別為基于水文頻率分析的數理統計途徑和基于水文氣象的物理分析途徑。設計洪水是防洪工程的基礎工作，通過對設計頻率洪水位進行預估，以提供符合設計標準的水文數據，為相關工程的防洪設計提供依據[2]。

1.2" 洪水概率

確定場地設計的防洪標準時，需要綜合考慮洪水歷史數據、地質、水文、建（構）筑物、土壤、泵站和排水系統等影響因素，參考國家或行業法規和標準。通過場地平整調整建（構）筑物地坪設計標高、排水系統設計等，以最大程度減少洪水對場地建（構）筑物的影響。

在研究洪水歷史數據時，需要明確當地發生洪水的概率P，電力工程領域常用重現期T來體現洪水概率。洪水概率與重現期成倒數關系，即：P=1/T。以洪水概率取1%為例，其對應的重現期為100年，通常被稱為“百年一遇”，但不能僅憑字面解讀為“每隔100年遇到1次”，因為實際的洪水發生并無周期性，而是隨機的。洪水概率只是利用公式根據歷史數據推導、擬合得出的洪水發生概率，不能用來預測未來洪水事件；另外，大部分情況下百年一遇洪水的水位數據也并非是由統計100年的數據而得出，但現行規范多以“N年一遇洪水”作為防洪標準。因此，文獻[3]建議對“N年1遇洪水”的表述進行修改，以“洪水概率”來替代。

2" 防洪標準解讀

關于防洪標準，既有風電場、光伏電站、生物質電站及儲能電站這類新能源電站場地設計時可依據的特定規范；也有應用于其他領域的但與新能源電站相關的標準、規范，比如：GB 50201—2014《防洪標準》[4]、DL/T 5084—2021《電力工程水文技術規程》[5]等。新能源電站防洪標準相關規范匯總如圖2所示。

2.1" 關于風電場

GB 51096—2015中的第4.2.3條，以及NB/T 10101—2018中的第4.0.2條與6.0.1條均有針對風電機組基礎的防洪標準。而DL/T 5084—2021卻指出：因風電機組基礎本身無防洪要求，因此僅根據風電機組基礎來確定整個風電場的防洪標準，不是很恰當。

關于風電場陸地升壓變電站建設時的防洪標準，GB 51096—2015中的第4.2.3條，NB/T 10101—2018中的第6.0.2條，DL/T 5084—2021中的第3.0.9條，DL/T 5056—2007中的第6.1.1條，以及GB 50201—2014中的第7.3.2條均有提及。其中，GB 50201—2014中的第7.3.2條與DL/T 5084—2021中的第3.0.9條的表述基本一致，且能涵蓋其他相關規范。

NB/T 31115—2017中的第3.0.6條提到了關于110 kV～220 kV海上升壓變電站的防洪標準。除此之外，國家相關部門目前還未出臺其他電壓等級的海上升壓變電站防洪標準。

2.2" 關于光伏電站

GB 50797—2012中的第4.0.3條與DL/T 5084—2021中的第3.0.9條均有關于光伏電站防洪標準的規定。GB 50201—2014中沒有專門針對光伏電站發電場區方面的防洪標準，但其中的第7.1.1條針對光伏發電變電站不同電壓等級的防洪標準與DL/T 5032—2018中的第6.1.2條描述一致。值得一提的是，DL/T 5084—2021中的第3.0.9條規定的發電工程（光伏電站）防洪標準與火力發電廠防洪標準較為接近，明確限定了100年（Ⅱ級防護等級）和50年（Ⅲ級防護等級）重現期的防洪標準，并指出若個別發電工程有其他明確的理由也可以突破該防洪標準；此外，DL/T 5084—2021中也指出GB 50797—2012規定的各防護等級對應的防洪標準未規定上限，不一定恰當。

關于光伏電站升壓變電站建設的防洪標準在DL/T 5056—2007中的第6.1.1條，GB 50797—2012中的第4.0.3條，GB 50201—2014中的第7.3.2條及DL/T 5084—2021中的第3.0.9條均有提及。其中，GB 50201—2014 中的第7.3.2條與DL/T 5084—2021中的第3.0.9條規定基本一致，且能涵蓋其他相關規范。

2.3" 關于生物質電站及儲能電站

GB 50762—2012中的第3.3.6條對生物質電站的防洪標準進行了規定。

GB 51048—2014中的第3.0.7條及第5.1.2條對儲能電站的防洪標準進行了規定。

3" 防洪標準建議

3.1" 關于風電場

現行的關于電力工程防洪標準的規范之間存在差異。文獻[14]建議按照電站裝機容量或電壓等級統一劃分電力工程的防護等級和防洪標準，其指出陸上風電場的裝機容量不超過400 MW時，可采用2%洪水概率防洪標準；海上風電場的裝機容量超過了400 MW，可采用1%洪水概率防洪標準。

3.2" 關于光伏電站

根據GB 50762—2012中的第3.3.6條規定，對于裝機容量不超過30 MW的秸稈發電廠，采用1/50洪水概率防洪標準；而根據GB 50797—2012中的第 4.0.3 條，小于30 MW的光伏電站的最低防洪標準卻為1/30洪水概率。由于光伏電站的單位裝機容量造價較高，因此，建議提高其防洪標準。文獻[14]建議按以400 MW裝機容量作為劃分Ⅱ級和Ⅲ級防護等級的界限，將最低防護等級Ⅲ級（裝機容量小于400 MW）對應的洪水概率從1/30調整至1/50。

綜上，光伏電站的防洪標準建議采用DL/T 5084—2021中第3.0.9條的規定。

3.3" 關于生物質電站及儲能電站

GB 50762—2012中的第3.3.6條規定，對于裝機容量不超過30 MW的秸稈發電廠，其防洪標準為1/50洪水概率。

綜合GB 51048—2014中第3.0.7條及第5.1.2條的規定，建議電化學儲能電站防洪標準設定為：對于容量大于等于30 MWh儲能電站，按照1%洪水概率對應的洪水水位或歷史最高內澇水位設計場地標高；對于容量小于30 MWh儲能電站按照2%洪水概率對應的洪水水位或歷史最高內澇水位設計場地標高。

4" 防洪標準建議歸納

基于上文對防洪標準的解讀與建議，將風電場、光伏電站、生物質電站及儲能電站的防護等級和防洪標準進行歸納與細分，如表1、表2所示。需要說明的是，表1中的防洪標準適用于位于非江河湖海附近，無內澇、山洪影響，且無防洪堤保護的電站；發電和變電將電力工程構成一個有機整體，當二者防護等級或規模對應的防洪標準不同時，建議取二者中的高值，以保證安全性。

此外，對于涉及新能源電站的重大工程，建議依據水文專業提供的工程壽命周期內的可能最大洪水（PMF）數據作為設計防洪標準。

5" 防洪設計策略

5.1" 場地設計時的防洪設計

新能源電站的場地設計是工業總圖設計的重要組成部分，需在滿足電站功能需求的基礎上，更為合理地布置用地，這涉及到場地的平面布置、豎向設計、交通組織、管線綜合及景觀綠化等多方面內容，其中，管線綜合、景觀綠化及交通組織會影響到豎向設計，具體影響關系如圖3所示。

防洪措施是場地設計的重要內容。新能源電站為滿足基本防洪標準，需要進行場地的防洪設計。通常，生物質電站、儲能電站，以及風電場、

光伏電站的升壓變電站豎向標高均可通過場地平整來調整，并根據場地內澇情況考慮是否設置排水溝或截洪溝。若地形起伏較大或地質條件一般，則需根據水流匯集程度計算水量，然后在路邊設置排水溝集成排水；若地質條件較好，則根據水量對道路是否有沖刷影響來判斷是否設置排水溝或截洪溝。

5.2" 豎向設計

場地的豎向設計一般可分為平坡式、臺階式（又可稱為“階梯式”）及二者結合式。在進行場地設計時，需先了解場地的水文情況，然后不同場地情況采用不同的豎向設計方法，具體如下：

1）對于位于江河湖海附近且有防洪堤壩的電站，首先需核實場地標高是否滿足防洪要求，若不滿足，既可以加高防洪堤壩，也可以新建堤壩，以滿足要求。有時堤壩中的水還可以通過管道輸送到城區或用于灌溉農田[15]，但需要水利等部門的落實且周期較長。

2）對于位于江河湖海附近、但無防洪堤壩的電站，為滿足防洪要求，通常需要抬高場地標高，或將整個場區圍堤（堰）。

3）對于位于非江河湖海附近的電站，可通過場地平整來抬高標高，以滿足防洪要求。

5.3" 排水溝設計

設計排水溝時，需在水文氣象部門查詢當地水文評估報告，獲取電站所在區域的雨水管理規劃、洪峰量F，以及根據選用的排水溝材料確定排水溝的粗糙系數n。

排水溝的設計流量Q可表示為：

Q=AV" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

式中：A為水流的有效橫截面積，m2；V為水流的流速，m/s。

其中：

A=BH+MH2" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（2）

式中：B為排水溝溝底的寬度，m；H為排水溝的設計水深，m；M為寬深斜率比。

V=C" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " nbsp; " "（3）

式中：C為謝才系數，是用來描述水流速度和水深之間關系的參數；R為水力半徑，是水流在河道或管道中流動時的重要參數，為水流有效橫截面積與潤濕周長的比值；S為排水溝溝底坡度。

謝才系數可表示為：

C=" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （4）

將利用公式計算得到的排水溝設計流量與洪峰量進行對比，若Q gt;F，則滿足設計要求。

5.4" 其他措施

對于陸上風電場和光伏電站而言，還需考慮其他防洪注意點及措施。為防止雨洪淹沒，風電場的箱變可以設計安裝在塔筒上，并采用在排水不暢區域設置排水溝的設計，以避免雨洪影響。光伏電站的光伏組件離地高度最低點在保證滿足防洪標準的同時，箱變與逆變器的底部標高也需滿足標準，且標高至少高于防洪水位100 mm。

為防止暴雨對光伏支架基礎附近土質的沖刷，可在光伏支架基礎附近區域鋪設碎石來降低雨水沖刷的影響。

6" 結論

本文對比分析了現行規范，綜合歸納了風電場、光伏電站、生物質電站、儲能電站的防洪標準，提出了防洪標準建議；并通過分析電站場地設計時的多重影響因素，提出了相關防洪設計策略。得到以下結論：

1） 對于光伏電站和風電場的發電區域，防洪標準建議按照DL/T 5084—2021《電力工程水文技術規程》中的第3.0.9條來確定。

2） 發電和變電是電力工程的有機整體，當二者防護等級或規模對應的防洪標準不相同時，建議取二者中的高值，以保證安全性。

3）對于涉及新能源電站的重大工程，建議依據水文專業提供的工程壽命周期內的PMF數據作為設計防洪標準。

此外，目前暫無專門針對氫能電站的防洪標準，建議有關部門盡快補充。

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Flood Control Research on Site Design of New

Energy Power Stations

Xu Kaiyuan，Ding Xiaoyong，Chen Pinghan

（Shanghai Electric Engineering Design Co.，Ltd.，Shanghai 201199，China）

Abstract：To address the issue of unclear flood control standards and technologies in the design of new energy power plant sites，this paper compares and analyzes current regulations，comprehensively summarizes flood control standards for wind farms，PV power stations，biomass power stations，and energy storage power plants，and proposes flood control standard recommendations. By analyzing the multiple influencing factors in the design of power plant sites，relevant flood control design strategies are proposed. The following conclusion is drawn： 1） For the power generation areas of PV power stations and wind farms，it is recommended to determine flood control standards in accordance with the provisions of clause 3.0.9 of DL/T 5084—2021\"Hydrological technical code for electric power engineering\". 2） Power generation and transformation are an organic whole of power engineering. When the protection level or scale of the two is different，resulting in different flood control standards，it is recommended to take the higher value of the two to ensure safety. 3） For major projects involving new energy power stations，it is recommended to use the possible maximum flood （PMF） data provided by the hydrological profession within the project life cycle as the design flood control standard.

Keywords：newable energy power stations；site design；flood control standards；technical strategy