利用采煤沉陷區(qū)建設(shè)集中式光伏電站綜合效益分析

王成

摘 要：為響應(yīng)國家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的政策方針，結(jié)合國家光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，通過分析采煤沉陷區(qū)利用現(xiàn)狀，得出采煤沉陷區(qū)發(fā)展光伏電站所產(chǎn)生的社會效益和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：光伏；采煤沉陷區(qū)；綜合效益

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.063

按照國家能源局《關(guān)于促進先進光伏技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級的意見》要求，同意在山西大同等多個地區(qū)開展采煤沉陷區(qū)“光伏領(lǐng)跑者計劃”試點，“光伏領(lǐng)跑者計劃”是國家能源局每年實行的光伏扶持專項計劃，“領(lǐng)跑者”計劃將通過建設(shè)先進技術(shù)光伏發(fā)電示范基地、新技術(shù)應(yīng)用示范工程等方式實施。從2016開始下達新增光伏領(lǐng)跑技術(shù)基地規(guī)模550萬千瓦，其中達到100萬千瓦的基地只有三個，兩淮采煤沉陷區(qū)光伏領(lǐng)跑技術(shù)基地是其中之一，以下主要是以淮南地區(qū)為例，對利采煤深陷區(qū)建設(shè)集中式光伏電站的綜合效益進行分析。

1 淮南地區(qū)總體概況

淮南市位于安徽省中部、淮河中游，淮北平原南緣，是安徽省重要工業(yè)城市，也是我國大型能源工業(yè)基地。淮南市位于淮河中游，安徽省中部偏北，地處東經(jīng)116°21′21″～117°11′59″與北緯32°32′45″～33°0′24″之間，東與滁州市鳳陽、定遠縣毗鄰，南與合肥市長豐縣接壤，西南與六安市霍邱縣相連，西及西北與阜陽市潁上縣，亳州市利辛、蒙城縣交界，東北與蚌埠市懷遠縣相交。最東端位于孔店鄉(xiāng)東河村以東與定遠縣交匯之窯河河面，最西端位于鳳臺縣尚塘鄉(xiāng)侯海孜以西與利辛縣接壤處，最南端位于孫廟鄉(xiāng)廟塘村以南瓦埠湖水面，最北端位于茨淮新河主航道中心線鳳臺縣與蒙城、利辛縣交匯處。

淮南電網(wǎng)是安徽電網(wǎng)重要的組成部分，截至2017年底，淮南電網(wǎng)擁有火電廠9座，淮南電網(wǎng)有1000kV特高壓變電站一座，1000kV特高壓淮南-上海雙環(huán)線已建成；500kV變電站2座，擁有220kV變電站9座，形成220kV洛河電廠-金家?guī)X（雙回）-西山（雙回）-八公山-蘆集-洛河電廠（雙回）的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

淮南市是屬于淮河以南地區(qū)，是暖溫帶和亞熱帶的過渡地帶，年平均氣溫15.6℃，全年無霜期238天。全年降水量773～1670毫米，全年日照時數(shù)為1922.2小時，光能利用潛力較為可觀。淮南市太陽能資源基本屬于太陽能資源第三類地區(qū)，根據(jù)安徽省氣象部門的調(diào)查與推算評估，淮南市水平面年太陽能輻射總量5114.09 MJ/（ m2·a），年平均日照小時數(shù)1922.2 h。

淮南煤田遠景儲量444億噸，探明儲量180億噸，占安徽省的70%，占華東地區(qū)的32%。隨著煤電一體化進程的加快，煤炭資源開采的強度加大，煤礦采空塌陷范圍將不斷加大。截止到目前，煤礦塌陷區(qū)面積共200多平方公里，預(yù)計到2030年，煤礦塌陷區(qū)面積將達到600多平方公里。經(jīng)統(tǒng)計，淮南市可用于光伏發(fā)電的煤礦塌陷區(qū)水面面積約為53260畝，可以得出，在煤礦塌陷區(qū)水面建設(shè)光伏發(fā)電站，具有豐富的資源優(yōu)勢。

2 采煤沉陷區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性分析

所謂采煤塌陷區(qū)是指在地下采煤過程結(jié)束后或者是進行過程中，煤層由于被挖空使上伏的巖層在重力作用下坍塌，留下個距地面幾米或幾十米的空地。一般的煤層的埋深都在幾百米，甚至一千米以上。由于上伏地層在重力作用下對下伏采空區(qū)有壓力，因采空區(qū)沒有煤只有空氣或者是已經(jīng)被水充填，這樣使得上部巖層冒落致使地層坍塌。采煤塌陷區(qū)在我國分布較廣泛，為了保證國家建設(shè)的需要和節(jié)約耕地，就必須對塌陷區(qū)土地進行科學(xué)開發(fā)和利用，使其恢復(fù)為建設(shè)用地。采煤塌陷區(qū)能規(guī)劃成為什么樣的建設(shè)用地，關(guān)鍵取決于其地基受載后的穩(wěn)定性、沉降量和承載能力。地下煤層采出后，上覆巖層產(chǎn)生移動、變形和破壞，引起地表的塌陷，經(jīng)過一定的時間后，上覆巖層及地表均處于相對平衡和穩(wěn)定狀態(tài)。若在塌陷地上建設(shè)樓層較高的民房、廠房或其它的構(gòu)筑物等，在建（構(gòu)）筑物荷載的作用下，已受采動損傷的巖體可能會產(chǎn)生較大的移動和變形，甚至產(chǎn)生失穩(wěn)、破壞，從而引起塌陷區(qū)地基產(chǎn)生較大沉降，嚴重影響地基的承載能力。因此，采煤塌陷區(qū)規(guī)劃、設(shè)計與建設(shè)中，需要對地基的穩(wěn)定性、沉降變形和承載力進行定量研究，以提高塌陷區(qū)土地的利用與開發(fā)的效益和效率，并確保塌陷區(qū)新建設(shè)的建（構(gòu)）筑物的安全使用。在一般地基條件下，要求建筑地基需要同時滿足下列2個技術(shù)條件：一是地基變形條件，指地基的沉降量、沉降差、傾斜與局部傾斜應(yīng)不超過國家《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的地基變形允許值；二是地基強度條件，在建筑物荷載作用下，應(yīng)確保地基不發(fā)生剪切或滑動破壞。但在采煤塌陷區(qū)上興建建筑物，其地基穩(wěn)定性還要受到其他眾多因素的影響：

采煤沉陷區(qū)可分為穩(wěn)定沉陷區(qū)和非穩(wěn)定沉陷區(qū)兩大類。穩(wěn)定沉陷區(qū)是指已經(jīng)沉陷且一般不會再發(fā)生次生沉陷的區(qū)域。非穩(wěn)定沉陷區(qū)是指地面還未沉陷或沉陷不明顯、不充分的區(qū)域，即對應(yīng)的采空區(qū)頂板和覆巖的破壞存在有滯后性，具體存在有兩種可能，一類是具有突發(fā)性的整體一次性切冒，另一類是漸變的分層、分塊切冒，前者稱為Ⅰ類非穩(wěn)定沉陷區(qū)，后者稱為Ⅱ類非穩(wěn)定沉陷區(qū)。淮南采煤塌陷沉穩(wěn)水面平均水深約為6米，部分地區(qū)水深超過10米，較難進行有效利用，目前的主要利用方式是水上旅游休閑公園開發(fā)和水產(chǎn)養(yǎng)殖。非沉穩(wěn)區(qū)水面平均水深約為4.5米，大部分地區(qū)預(yù)計未來下沉0.1～10米，現(xiàn)階段不適宜進行水上光伏開發(fā)，可待區(qū)域沉穩(wěn)后再進行開發(fā)利用。

3 利用采煤沉陷區(qū)建設(shè)光伏電站的意義

安徽省是我國煤炭資源豐富省份之一，同時又是產(chǎn)煤大省。淮南地區(qū)含煤地層分布面積17950平方公里，煤炭資源量877.53億噸。建國后，淮南煤礦為國家建設(shè)作出了巨大貢獻，也作出了巨大犧牲。地下水遭到嚴重破壞，地表生態(tài)環(huán)境和區(qū)域小氣候被扭曲，煤礦廢棄物和發(fā)電廢氣嚴重污染了土壤與空氣。隨著煤電一體化進程的加快，煤炭資源開采的強度加大，煤礦采空塌陷范圍將不斷加大。這些采煤沉陷區(qū)如何規(guī)劃和發(fā)展就成為淮南地區(qū)迫在眉睫的任務(wù)。endprint

隨著光伏行業(yè)技術(shù)不的斷的進步，一些原來限制行業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸已然攻克，特別是在非沉穩(wěn)區(qū)水面利用浮筒、采用漂浮式光伏這一技術(shù)已經(jīng)用于實踐。2016年3月，全球最大的水上漂浮式光伏電站——淮南采煤塌陷區(qū)20MW漁光互補光伏電站順利并網(wǎng)發(fā)電，該項目由信義光能控股有限公司投資建設(shè)，利用采煤塌陷區(qū)的閑置水面建設(shè)，總投資約2億元，預(yù)計年均發(fā)電量為2300萬度。與傳統(tǒng)光伏電站相比，漂浮式光伏電站將光伏發(fā)電組件安裝在水面漂浮體上，具有不占用土地資源，減少水量蒸發(fā)，抑制藻類生長的作用，同時水體對光伏組件及電纜的冷卻也可有效提高發(fā)電效率。信義光能淮南采煤沉陷區(qū)水上光伏電站示范項目的建成投產(chǎn)，為我國發(fā)展采煤沉陷區(qū)光伏項目增添了信心、積累了經(jīng)驗。

淮南市境內(nèi)煤礦塌陷區(qū)眾多，可以利用其水面和灘涂建設(shè)光伏項目。這不僅提高了土地資源的利用率，同時產(chǎn)生清潔能源減少碳排量，加強了對環(huán)境的保護，解決了土地資源浪費的問題，增加了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的收入。光伏發(fā)電基地選址在淮南煤礦塌陷區(qū)，目的是為了更好的利用該區(qū)域創(chuàng)造經(jīng)濟價值及社會價值。

4 光伏容量及接入系統(tǒng)

綜合考慮淮南地區(qū)太陽能資料、工程地質(zhì)、土建工程布置、交通運輸機施工安裝條件，集合當(dāng)?shù)夭纱迕窬幼∏闆r，以及旅游區(qū)、自然保護區(qū)等敏感用地，淮南市目前可利用光伏開發(fā)的煤礦塌陷區(qū)水面約53000畝，裝機容量為1500MW。

由全省電力平衡可知，安徽電網(wǎng)僅考慮新增核準(zhǔn)和路條機組情況下，在扣除皖電東送機組以后，安徽省電網(wǎng)存在一定的電力虧缺。至2016年，考慮安慶電廠二期、宣城二期機組投運情況下，安徽電網(wǎng)高峰方式下有424萬kW電力缺口，若不考慮省外協(xié)議分電，安徽省內(nèi)電力虧缺將更大。“十三五”期間隨著負荷的發(fā)展，至2018年若不考慮新增火電和新能源機組，安徽電網(wǎng)將有564萬kW電力缺口，隨著負荷的增長，在保持現(xiàn)有皖電東送規(guī)模及規(guī)劃的皖電東送二期裝機基礎(chǔ)上，應(yīng)盡早安排2015年及以后的電源建設(shè)和相應(yīng)電網(wǎng)建設(shè)，以保證電網(wǎng)的供用電平衡和電力的可持續(xù)發(fā)展。因此，淮南煤礦塌陷區(qū)水上光伏可以對彌補省內(nèi)的電力缺口起到積極作用。

淮南地區(qū)光伏項目主要利用的水面及荒坡建設(shè)光伏電站，結(jié)合荒坡的地形、水域大小、水上開發(fā)難易程度等開發(fā)光伏項目，對于遠離負荷中心、且水域較為開闊區(qū)域，適合成規(guī)模開發(fā)、采用高電壓等級統(tǒng)籌送出，對于距離負荷較近電站，可考慮分散或集中送出，就近消納。

在采煤塌陷區(qū)治理中采用建設(shè)光伏發(fā)電基地規(guī)劃方案，對促進安徽能源轉(zhuǎn)型，擴大新能源開發(fā)利用規(guī)模，推動能源生產(chǎn)革命具有重大意義。“十三五”期間隨著負荷的發(fā)展，至2018年考慮區(qū)外特高壓交流、直流區(qū)外來電情況下，若不考慮新增火電和新能源機組，安徽電網(wǎng)將有較大電力缺口，需盡早安排2015年及以后的電源建設(shè)和相應(yīng)電網(wǎng)建設(shè)，以保證電網(wǎng)的供用電平衡和電力的可持續(xù)發(fā)展。因此，淮南煤礦塌陷區(qū)水上光伏可以對彌補省內(nèi)的電力缺口起到積極作用。

5 環(huán)境影響

淮南地區(qū)煤炭資源豐富，隨著煤電一體化進程的加快，煤炭資源開采的強度加大，煤礦采空塌陷范圍將不斷加大。在淮南煤礦采空區(qū)，各種建筑和道路等基礎(chǔ)設(shè)置塌陷受損嚴重，許多村莊塌陷為大水面，且煤矸石、粉煤灰又帶來二次污染，生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞，引發(fā)了群眾失地失業(yè)、生活困難等一系列社會問題。

利用煤礦塌陷區(qū)水面發(fā)展光伏發(fā)電，可以改善采煤沉陷區(qū)域生態(tài)環(huán)境，對采煤塌陷產(chǎn)生的廢地“變廢為寶”，綜合治理并利用起來。同時光伏發(fā)電為國家政策支持的清潔能源發(fā)電，節(jié)能減排效益顯著，因此淮南煤炭塌陷區(qū)水面光伏發(fā)展實施具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)環(huán)保效益。

水面光伏發(fā)電項目施工期應(yīng)尤為注意對水環(huán)境的影響，控制施工作業(yè)影響范圍，優(yōu)化水下施工工藝，減少對水體的擾動和對水質(zhì)的污染。運營期水污染主要為電站運行人員生活污水。光伏電站自動化程度較高，運行管理人員較少，產(chǎn)生的少量生活污水可采用地埋式污水處理設(shè)施處理達標(biāo)后回用或外排，有條件的可接入城市污水管網(wǎng)排入城市污水處理廠，對水環(huán)境的影響較小。施工期的大氣污染源主要為施工區(qū)域地面開挖過程中產(chǎn)生的揚塵，建筑材料運輸、卸載中的揚塵，土方運輸車輛行駛產(chǎn)生的揚塵，臨時物料堆放產(chǎn)生的風(fēng)蝕揚塵，混凝土攪拌產(chǎn)生的水泥粉塵等，對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。光伏發(fā)電作為清潔能源發(fā)電，與相同發(fā)電量的火電廠相比，每年節(jié)約大量標(biāo)煤，相應(yīng)每年可減少多種大氣污染物的排放，對大氣環(huán)境影響具有正效應(yīng)。

光伏太陽能電池板會反射出去一部分陽光，若反射區(qū)內(nèi)存在居民房屋、公路等敏感目標(biāo)，就會產(chǎn)生光污染。水上光伏項目布置在水面，一般位于農(nóng)村地區(qū)，周圍敏感程度較低，項目選用反射率符合規(guī)定的太陽能電板，結(jié)合周邊環(huán)境具體情況，充分進行項目選址及光伏電池板布局合理性分析，避免強光對周圍敏感區(qū)域的影響。

因此，經(jīng)初步分析，淮南地區(qū)采煤塌陷區(qū)光伏發(fā)展的實施不會對區(qū)域環(huán)境造成不利影響，并具有較好的生態(tài)環(huán)保效益。

6 社會效益分析

按照光伏發(fā)電基地1500MW裝機容量考慮，以20 年平均發(fā)電量估算，年發(fā)電量為145000萬kWh，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約50萬噸，減少煙塵2.358萬噸，SO2 10.58萬噸，NOX 175.48萬噸，，CO2 1323.04萬噸，節(jié)能減排環(huán)境效益明顯。淮南地區(qū)光伏發(fā)電基地用清潔能源替代原煤，可為安徽省治霾起到重要作用。

綜上所述，利用采煤深陷區(qū)建設(shè)集中式光伏電站，各項財務(wù)指標(biāo)良好，有一定的抗風(fēng)險能力；而建成投產(chǎn)不僅可以充分利用自然資源、響應(yīng)國家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的政策方針，節(jié)能減排環(huán)境效益明顯，還可以為國家?guī)砜捎^的稅收收入。

參考文獻：

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[3]《淮南市“十三五”發(fā)展規(guī)劃》[S].endprint