淺談山地光伏發電項目升壓站的選址設計優化

摘 要：以接入山地光伏發電項目的云南省會澤縣唐家丫口220 kV升壓站為例，采用歸納方法，從升壓站的建筑工程（包括土石方開挖回填、擋墻和進站道路）和線路工程（包括集電線路和送出線路）兩個方面綜合分析山地光伏發電項目升壓站選址設計的相關要素；然后在統籌考慮光伏方陣所在地塊、升壓站和匯流站的相對空間位置，以及光伏發電“關門”電價和并網發電進度后，分析相應的降本增效情況，給出了升壓站選址設計優化的主要原則，以達到線路路徑最優、整體造價最低、現場施工最便捷的目標。研究結果表明：1）升壓站選址應結合當地的用地政策，在設計初期應采用當地鄉政府的推薦用地。在推薦用地范圍內應首先考慮進站道路的規劃，考慮主變壓器運輸條件，盡可能靠近既有鄉道，并滿足主變壓器運輸時的轉彎半徑和坡度；再考慮開挖回填的土石方平衡和擋墻量；最后考慮地上附著物。2）升壓站選址應綜合考慮其與光伏方陣所在地塊和匯流站的相對空間位置，選擇與光伏方陣所在地塊相近的海拔高度，并盡可能建設在其所接入的所有光伏方陣的中心位置；越靠近匯流站的區域越好，接入條件越便利越好。研究結果可為相關山地光伏發電項目升壓站的選址設計優化提供借鑒。

關鍵詞：山地光伏發電；升壓站；選址設計；建筑工程；投資概算；集電線路；送出線路

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A

0" 引言

隨著中國光伏行業的各項技術日漸成熟并不斷革新，光伏發電成本顯著下降，逐漸進入平價上網時代。截至2023年10月，中國光伏發電累計裝機容量為53576萬kW，同比增長47%；2023年1—10月，光伏發電新增裝機容量為14256萬kW，同比增加8432萬kW[1]。

截至2023年12月16日，云南省當年新增新能源投產并網裝機容量達到1509萬kW，至此，云南省新能源總裝機容量突破2900萬kW，不到1年的時間其新能源裝機容量實現了翻番。2023年1—11月，云南省新能源發電量達358億kWh，同比增長52%，占云南省所有能源發電量的11%[2]。云南省立足資源和發展實際，提出了3年新增5000萬kW新能源裝機容量的目標[3]，其中，集中式山地光伏發電所占比重較大。

隨著光伏行業全產業鏈的不斷發展，光伏組件價格不斷降低，再加上政府補貼取消和市場化電價試行，光伏發電項目必須降本增效。為達到這一目的，許多研究人員開展了相關研究。馬蘭[4]和仰玉偉[5]從光伏發電項目工程造價管理的多個階段，比如：招投標、設計、采購、施工前準備、施工和竣工等，對相應的工程造價管理措施進行了分析，以求達到降本增效的目的。汪延壽等[6]以某100 MW大型光伏發電項目為例，從設計、采購和施工等角度對該項目的工程總承包（EPC）全過程管理進行了分析，形成了一套網格化的施工管理模式。顧濤[7]從設計、進度、成本、技術、安全、質量、運維管理的角度，對基于EPC模式的光伏電站建設過程的項目管理進行了闡述。孫杭駿等[8]以京海光伏電站110 kV升壓站為例，研究了光伏電站預制艙升壓站的設計方案、特性及施工方法，并與傳統現澆艙升壓站進行了對比，結果顯示：預制艙升壓站更安全可靠且經濟實惠，有助于實現該光伏電站的降本增效。趙小芬[9]從合同、設計、成本、物資、質量等多方面闡述了光伏電站EPC管理模式。周強[10]對光伏電站全生命周期的管理方式進行了詳細闡述，建立了以項目立項、勘察設計準備、勘察設計、項目招投標、項目施工、項目竣工驗收6大階段為主的管理框架。戚宏勛等[11]從設計、采購、施工、安健環（包括安全文明施工、職業健康保護、環境水土保持）等主要環節探討了山地集中式光伏發電項目EPC模式建設的關鍵控制點。徐策等[12]以某山地分布式光伏發電項目為例，闡述了此類項目EPC模式的綜合設計與施工管理，其中，前期設計和統籌尤為重要，太陽能資源、用地選址、交通道路等也均是重要的影響因素。

尤其是在近年來土地政策收緊、光伏發電取消補貼、光伏發電采用市場電價的背景下，山地光伏電站EPC管理受到征地不確定性、電價不確定性、光伏組件價格不確定性、山地施工效率較低，以及后續運維（例如：光伏組件清洗、地面除草等）的不確定性等多重因素的影響，項目的內部投資收益率無法滿足要求。在光伏電站EPC管理中，除上述提到的造價管理、施工管理和新技術應用等以外，在整個光伏電站全生命周期內，前期策劃和初步設計階段的決策對整個項目投資和回報的影響最大且最深遠。

山地光伏發電項目的建設是一個系統工程，光伏方陣通過集電線路連接升壓站，升壓站通過送出線路連接匯流站，匯流站再把電能輸送至電網。因此，升壓站的選址是光伏發電系統工程中的重要內容。本文以云南省會澤縣唐家丫口220 kV升壓站為例，該升壓站為山地光伏發電項目升壓站，采用歸納方法，從建筑工程（包括土石方開挖回填、擋墻和進站道路）和線路工程（包括集電線路和送出線路）兩個方面綜合分析該升壓站選址設計的相關要素；然后在統籌考慮光伏方陣所在地塊、升壓站和匯流站的相對空間位置，以及光伏發電“關門”電價（指國家能源局發文確定的并網時間節點的上網電價）和并網發電進度后，分析相應的降本增效情況，給出山地光伏發電項目升壓站選址設計優化的主要原則。

1" 工程背景

唐家丫口220 kV升壓站位于會澤縣上村鄉大松樹村，靠近松會線；升壓站圍墻內的占地面積約為6017.32 m2。

站內建（構）筑物主要包括：裝配式綜合樓、危廢品間、一體化消防泵站、事故油池、電氣預制艙、出線構架、獨立避雷針，以及主變壓器、氣體絕緣開關設備（GIS）等電氣設備的基礎。其中：裝配式綜合樓和危廢品間的基礎為條形基礎；主變壓器的基礎采用C30現澆鋼筋混凝土獨立基礎；電氣預制艙采用條形基礎；出線構架采用杯口式混凝土基礎；獨立避雷針采用鋼筋混凝土獨立基礎。

站內電氣設備主要包括：240 MVA雙繞組（帶平衡繞組）有載調壓變壓器、220 kV GIS、35 kV配電裝置、無功補償設備（SVG）、接地兼站用變壓器、繼電保護及安全自動化設備等。

唐家丫口220 kV升壓站考慮接入兩個光伏發電項目，包括90 MW唐家丫口山地光伏發電項目（下文簡稱為“唐家丫口項目”）、142 MW麒麟廠山地光伏發電項目（下文簡稱為“麒麟廠項目”），并預留德澤光伏發電項目接入間隔；新建1回220 kV線路接入500 kV銅都變電站，新建線路路徑長度約為13.8 km。

唐家丫口項目和麒麟廠項目均采用了峰值功率為575 W和620 W的光伏組件，中國中車集團有限公司生產的225 kW逆變器，云南通變電器有限公司生產的1200～3150 kVA箱式變電站。唐家丫口項目的35 kV集電線路設置4回線路接入唐家丫口220 kV升壓站，集電線路采用直埋電纜和架空線路相結合的方式，總路徑長度約為51.505 km。麒麟廠項目的35 kV集電線路設置7回線路接入唐家丫口220 kV升壓站，集電線路采用直埋電纜和架空線路相結合的方式，總路徑長度約為69.806 km。

唐家丫口220 kV升壓站的35 kV集電線路采用擴大單母線接線，35 kV母線聯絡間隔共19個，其中：光伏發電項目集電線路進線11回，備用1回；SVG進線2回；接地兼站用變壓器進線1回；主變壓器低壓側進線2回；35 kV母線電壓互感器（PT） 2回。220 kV送出線路采用單母線接線，本期兩個項目的母線聯絡間隔共3個，其中包括出線1回、母線PT 1回、主變壓器高壓側進線1回；并為德澤光伏發電項目預留1個聯絡間隔位置。

唐家丫口220 kV升壓站的建設投資概算約為5300萬元。1）設備及安裝工程費用約為4300萬，其中：一次設備費約為2000萬元，其安裝工程費約為570萬元；二次設備費約為950萬元，其安裝工程費約為250萬元；以及其他費用。2）建筑工程費用約為1000萬，包括進站道路、擋墻、圍墻、場內硬化道路、設備基礎及其他的施工費用。通過分析可以看出：升壓站選址對建筑工程費用影響較大，同時影響送出線路和集電線路長度，從而影響整個山地光伏電站的總投資。

2" 難點與創新

唐家丫口項目和麒麟廠項目光伏方陣的分散程度都很高，其中：唐家丫口項目約有34個光伏方陣，分為53個地塊，集電線路路徑長度為51.5 km；麒麟廠項目約有56個光伏方陣，分為74個地塊，集電線路路徑長度為56.4 km。為避免占用耕地，兩個項目的光伏方陣所在地塊均為坡度較陡的荒山、荒坡。

唐家丫口項目的光伏方陣所在地塊的坡度范圍如圖1所示。

從圖1可以看出：整個唐家丫口項目地塊的平均坡度大于25°，最大坡度達到了42°。

相較于傳統電力項目，山地光伏發電項目一直被認為設計技術含量低，但實際情況恰恰相反，山地光伏發電項目的設計困難大、設計比選方案繁多，其中升壓站的選址設計最難，體現在升壓站選址設計的優劣會直接影響山地光伏發電項目的并網節點、建設投資費用和實際運行時的發電效率。山地光伏發電項目升壓站選址的難點在于以下4點：

1）用地政策制約。山地中的大塊平地是耕地稀缺資源，不可能獲批成為光伏發電項目永久用地，導致升壓站站址需要較大的開挖回填土石方量。

2）大部分山區盤山公路只能保障日常生活車輛行駛，基本不具備主變壓器的運輸條件；如果要滿足主變壓器運輸條件，需要改擴建山路，代價巨大。

3）山地光伏發電項目的地塊分散，與平原地區光伏發電項目和水面光伏發電項目相比，其集電線路的壓降和造價均有顯著提升。

4）山地光伏發電項目和其他新能源發電項目大量集中投資、投產，給山區里的匯流站造成較大壓力，電網公司需要新建、改擴建500 kV變電站且接入批復存在較大不確定性。

因此，在山地光伏發電項目如火如荼的建設浪潮中，需要不斷優化其升壓站的選址設計，提高設計的技術含量。

3" 建筑工程

3.1" 土石方開挖回填及擋墻施工

山地光伏發電項目，特別是會澤縣的山地光伏發電項目，所在地形大部分為高山，平地較少，結合用地政策和耕地占補平衡政策，8～10畝（1畝≈666.67 m2）且在鄉道附近的平地基本不可得，因此勢必要進行土石方開挖回填。應盡量滿足土石方平衡，選址設計時，應初步評估升壓站站址與進站道路在平面位置和高程位置的關系；初步設計階段應盡可能精確測繪升壓站站址的地形（包括進站道路地形），根據土石方平衡原則、進站道路的轉彎半徑和坡度要求，基本確定站址可行性。

唐家丫口220 kV升壓站的場平采用5 m×5 m方格網法計算土石方平衡，升壓站和進站道路開挖回填的土石方量如表1所示。

從表1可以看出：在既定場平標高上，唐家丫口220 kV升壓站和進站道路基本實現了土石方平衡，開挖回填土石方總量均在2萬m3左右。

另外，山地光伏發電項目升壓站一般需要進行回填前的擋墻施工，應盡可能根據土石方平衡原則在斜坡或丘陵上選取合適的場平標高，并結合主變壓器運輸時進站道路的坡度和轉彎半徑，盡可能控制開挖回填土石方量。擋墻的量（主要為毛石量和混凝土量）與地質條件、征地范圍、擋墻形式等密切相關。

唐家丫口220 kV升壓站在勘察后施工前，站址發育出2條滑坡裂隙；且送出線路首塔至升壓站的導線與鄉道的安全凈空不足，致使出線構架旋轉了90°，因此整個總平面圖需要重新設計，開挖回填土石方區域的荷載需要重新分布。另外，用地紅線越收緊，擋墻量勢必越大，但是在有地可用的情況下，建議建設單位適當放寬報批的紅線，擋墻增加量的投資遠大于征地費用。唐家丫口220 kV升壓站采用了仰斜式、衡重式、加筋格賓、錨桿噴護框格梁等4種擋墻形式，因地制宜的選取擋墻形式也是節省成本的重要手段。

3.2" 進站道路

進站道路是制約山地光伏發電項目升壓站選址的最重要因素。升壓站站址不涉及國土敏感因素是選址規劃的底線，其進站道路也不能涉及國土敏感因素，且進站道路最好不要經過村落。這是因為若經過村落，村落內的道路狹窄，主變壓器運輸時大概率需要拆房，協調難度較大。

唐家丫口220 kV升壓站在初步設計階段有3個備選站址：第1個站址的地形平坦，但是進站道路需要侵占生態紅線；第2個站址的地形相對平坦，但進站道路需要拓寬約5 km長的盤山公路；第3個站址的挖方量、填方量均在2萬m3左右，且其夾在盤山鄉道（3級公路）中間，進場道路僅需修筑100 m左右。綜合考慮，最后升壓站選擇建設在盤山鄉道（3級公路）中間，其進站道路的現場航拍圖如圖2所示。

從圖2可以看出：唐家丫口220 kV升壓站的進站道路在100 m以內，場內呈不規則5邊形，擋墻量多，護坡量多。

3.3" 小結

唐家丫口220 kV升壓站內部的設備采購和安裝基本與其選址無關，由于土石方開挖回填、擋墻施工、進站道路等對升壓站的造價影響較大，因此選址主要考慮這3個因素。

升壓站選址應首先結合當地的用地政策，在設計初期應采用當地鄉政府的推薦用地；在推薦用地范圍內應首先考慮進站道路的規劃，考慮主變壓器運輸條件，盡可能靠近既有鄉道，并滿足主變壓器運輸時的轉彎半徑和坡度；再考慮開挖回填的土石方平衡和擋墻量；最后考慮地上附著物，主要是墳塋，遷墳的賠償金額一般會是當地政府出臺的賠償文件標準的5～20倍。

4" 線路工程

升壓站的選址直接決定了集電線路的路徑長度，因此升壓站應盡可能建設在其所接入的所有光伏方陣的中心位置。

除升壓站的位置外，送出線路的路徑長度還取決于高電壓等級匯流站的位置；另外，升壓站的海拔與光伏方陣的海拔盡量一致，也可以減少線路的路徑長度。

唐家丫口220 kV升壓站、光伏方陣所在地塊和匯流站的海拔高度統計如表2所示。其中：1#～7#地塊屬于唐家丫口項目，A1#～A7#地塊屬于麒麟廠項目。

從表2可以看出：唐家丫口220 kV升壓站的海拔高度最低，匯流站的海拔高度最高。由于光伏方陣所在地塊、升壓站、匯流站的空間位置呈反拋物線，不僅增加了集電線路的路徑長度，還增加了送出線路的路徑長度。因此，光伏方陣、升壓站、匯流站等建（構）筑物應盡可能控制海拔高度差，這樣可以減少集電線路和送出線路的路徑長度。

4.1" 集電線路

唐家丫口項目的35 kV集電線路的總路徑長度約為51.505 km，其中：電纜線路路徑長度約為13.107 km；架空線路（單回）路徑長度約為29.536 km；架空線路（雙回）路徑長度約為8.862 km。麒麟廠項目的35 kV集電線路的總路徑長度約為69.806 km，其中：電纜線路路徑長度約為18.486 km；架空線路（單回）路徑長度約為25.620 km；架空線路（雙回）路徑長度約為25.700 km。

唐家丫口220 kV升壓站的集電線路接線圖如圖3所示。圖中：藍色代表單塔單回架空線路路徑；紫紅色代表單塔雙回架空線路路徑；綠色代表地埋電纜路徑；紅點代表升壓站位置。

從圖3可以看出：麒麟廠項目和唐家丫口項目的地塊以唐家丫口220 kV升壓站為界，一個靠南，一個靠北，因此升壓站位于兩個項目的中間可以最大程度減少兩個項目集電線路的路徑長度。

4.2" 送出線路

唐家丫口220 kV升壓站到500 kV銅都變電站的送出線路起于唐家丫口220 kV升壓站的出線構架，迄于500 kV銅都變電站的220 kV進線構架。送出線路的路徑長度約為13.91 km，采用單回路架設；曲折系數為1.27；地形系數具體為丘陵20%、山地70%、高山10%；污穢區等級為c級污穢區；線路線電壓的爬電比距取3.20 cm/kV。輸電鐵塔采用2D1R7型模塊、2D1R8型模塊、2D1Z5型模塊，全部為自立式鐵塔，均采用全方位長短腿；其基礎全線采用掏挖式基礎和人工挖孔樁基礎；輸電鐵塔與基礎之間由地腳螺栓與塔腳板連接。

送出線路的不可控性較大，主要體現在兩個方面：1）升壓站位置已經根據備案文件、用地政策、光伏場區位置、周邊電站接入情況、進站道路等確定；2）需要考慮匯流站及其進線間隔是否需要新建、進線通道是否順暢。唐家丫口項目和麒麟廠項目的選址均在上村鄉，最主要的考慮因素就是附近有銅都變電站，且接入距離很短，只是需要新建進線間隔。

從上述兩方面可以看出，接入是指導升壓站選址的重要方向標，選址原則為越靠近匯流站越好，接入條件越便利越好。這種原則下，就光伏電站而言，送出線路的距離可控，整個光伏電站的接入就可控，則其投產發電可控，從而可以降低光伏電站的建設投資，并提升其發電效率。

5" 統籌空間和時間

麒麟廠項目和唐家丫口項目在原規劃選址地無匯流站，暫時不具備接入條件，統籌考慮光伏發電“關門”電價和并網發電進度后，兩個項目選擇遷移至接入條件較好的鄉鎮。兩個項目原本距離相隔較遠，統籌考慮光伏方陣、升壓站和匯流站的相對空間位置后，統籌遷移至同一個鄉鎮，原本需要的2個升壓站合為1個升壓站，雖然用地會緊張很多，但并網時間可以提前1年，即以空間換時間?？臻g位置調整前后的光伏發電項目的建設投資概算如表3所示。

從表3可以看出：與遷移前相比，遷移后麒麟廠項目和唐家丫口項目的建設投資概算多出2728萬元。

根據可研報告，唐家丫口項目的平均年上網電量為14481.6萬kWh，麒麟廠項目的平均年上網電量為23652.9萬kWh，按上網電價為0.3102元/kWh計算，兩個項目提前1年發電產生的效益約為11829萬元，遠大于建設投資增加的2728萬元。統籌以空間換時間，實際產生的凈效益約為9101萬元。

6" 結論

山地光伏發電項目具有地塊小而空間分散的特點。本文以接入山地光伏發電項目的云南省會澤縣唐家丫口220 kV升壓站為例，采用歸納方法，從建筑工程（包括土石方開挖回填、擋墻和進站道路）和線路工程（包括集電線路和送出線路）兩個方面對山地光伏發電項目升壓站選址設計的相關要素進行了綜合分析；然后在統籌考慮光伏方陣所在地塊、升壓站和匯流站的相對空間位置，以及光伏發電“關門”電價和并網發電進度后，分析相應的降本增效情況，給出了山地光伏發電項目升壓站選址設計優化的主要原則，以達到線路路徑最優、整體造價最低、現場施工最便捷的目標。得出以下結論：

1）升壓站選址應結合當地的用地政策，在設計初期應采用當地鄉政府的推薦用地。在推薦用地范圍內應首先考慮進站道路的規劃，考慮主變壓器運輸條件，盡可能靠近既有鄉道，并滿足主變壓器運輸時的轉彎半徑和坡度；再考慮開挖回填的土石方平衡和擋墻量；最后考慮地上附著物。

2）升壓站選址應綜合考慮其與光伏方陣所在地塊和匯流站的相對空間位置，選擇與光伏方陣所在地塊相近的海拔高度，并盡可能建設在其所接入的所有光伏方陣的中心位置；越靠近匯流站的區域越好，接入條件越便利越好。

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DISCUSSION ON OPTIMIZATION OF SITE SELECTION AND

DESIGN OF MOUNTAIN PV POWER GENERATION

PROJECT BOOSTER STATIONS

Zhang Wenyu

（China Energy Engineering Group Yunnan Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Kunming 650051，China）

Abstract：This paper takes the Tangjiayakou 220 kV boosting station in Huize County，Yunnan Province，which is connected to mountain PV power generation projects，as an example. Using an inductive method，comprehensively analyzes the relevant elements of site selection and design for mountain PV power generation project boosting stations from two aspects： construction engineering （including earthwork of excavation and backfilling，retaining walls，and access roads） and line engineering （including collection lines and transmission lines）. Then，after taking into account the relative spatial locations of the site where the PV array is located，the booster stations，and the confluence stations，as well as the \"closed door\" electricity price of PV power generation and progress of grid connected power generation，the corresponding cost reduction and efficiency improvement situations are analyzed. The main principles for optimizing the site selection and design of booster stations are proposed，in order to achieve the goals of optimal path of route，lowest overall cost，and most convenient on-site construction. The research results show that： 1） The site selection of the booster station should be based on local land use policies，and in the initial design stage，the recommended land by the local township government should be used. In the recommended land use area，the planning of the access roads should be considered first，taking into account the transportation conditions of the main transformer，as close as possible to the existing township road，and meeting the turning radius and slope requirements for the transportation of the main transformer. Further consider the earthwork balance of excavation and backfilling，as well as the construction volume of retaining walls. Finally，consider the attachments on the ground. 2） The site selection of the booster station should comprehensively consider its relative spatial position with the site where the PV array is located and the confluence station，choose an altitude close to the site where the PV array is located，and build it as close as possible to the center of all the PV arrays it is connected to. The closer the location is to the confluence station，the better，and the more convenient the access conditions，the better. The research results can provide reference for the optimization of site selection and design of related mountain PV power generation booster stations.

Keywords：mountain PV power generation；boosting station；site selection and design；architectural engineering；investment estimate；collection line；output line