灰場揚塵治理與光伏發電開發的綜合研究

武曉南

（大唐河北發電有限公司馬頭熱電分公司，河北邯鄲056044）

1 研究背景及意義

1.1 研究背景

火力發電廠中的粉煤灰是將入廠煤磨細成粉狀，用預熱空氣噴入爐膛燃燒后產生高溫煙氣經除塵裝置收集后而得到的。隨著排灰量的不斷增長，儲灰場在長期運行中一定程度地出現了污染環境的問題，嚴重影響儲灰場周邊的生態環境。

光伏電站具有可無人值守、工程建設時間可控、規模設計靈活、可就地使用等優點。利用儲灰場等未開發利用土地建設光伏發電項目可以節約土地資源，構建灰場揚塵治理新模式。受國家政策調整影響，目前地面集中式光伏電站補貼逐年下調、土地資源審批越發嚴格，光伏土地審批難的問題已經成為制約光伏項目規模化開發的主要因素。通過電站優化設計、采用國內先進的光伏發電技術、應用高效的系統組件實現灰場土地資源的最大化利用。[1]

1.2 研究灰場揚塵治理和光伏發電的重要意義

①解決灰場環境污染難題，改善當地揚塵污染現狀。我國火力發電廠的儲灰場土地性質多屬于工業用地，由國家劃撥使用，大量儲灰用地嚴重占用國家土地資源。受灰場所在的地理環境以及灰場管理方式不夠科學影響,灰場環境管理常年處于弱化狀態。②響應國家可再生能源發展政策，開發光伏發電，增加非化石能源消費比重，減少污染物排放。③降低環保治理成本，提升公司經營效益。在灰場建設光伏發電項目符合國家和集團公司發展要求，有利于促進公司多元化發展，改善公司單一依靠火力發電的盈利模式，同時能夠降低灰場管理運行成本，增加發電收益。[2]

2 灰場揚塵治理和光伏發電項目開發現狀分析

2.1 馬電公司灰場現狀

馬電公司灰場位于邯鄲市南部約15公里處，地處古漳河故道上，是在平地上四面圍壩而成，屬于平地型灰場。始建于1976年，到1997年由南到北共分三期建設，灰場總占地面積6435畝，灰場地勢整體呈西南高、東北低態勢。因灰場面積較大且灰場內部有大面積沼澤和池塘，積水不能夠根據季節的變化及時調整灰場內積水面積,給壩體和周圍環境帶來安全隱患，雖然公司投入大量資金和人力物力對灰場開展環境治理，但是治理效果不明顯。馬電公司自2016年11月起對灰場光伏項目開展初步可行性研究調查，就灰場土地性質、污染影響評價、利用現狀進行摸底調查，確認光伏發電項目建設條件，就光伏發電工程任務和規模、總體方案設計和發電量計算、工程設計概算進行了初步研究。

2.2 國內灰場揚塵治理現狀

我國現有灰場治理揚塵的主要方法有：灰面覆水或覆土、灰場噴淋、道路灑水等。對運行灰場采取灑水的辦法，對庫容已滿的廢棄灰場則采用覆土后種植植被或農作物。由于粉煤灰的保水性差，在干燥天氣中水分難以保持，要控制灰場不揚塵需進行不斷灑水作業。上述幾種方法勞動強度大，效率低，不是解決問題的根本辦法。

3 灰場揚塵治理和光伏發電開發的研究內容和具體方案

3.1 馬電公司灰場區域太陽能資源情況

馬電公司灰場場址及附近無輻射氣象站，根據相關電力咨詢公司專業軟件測算，灰場光伏項目場址處年總輻射4885.6MJ/m2，根據《太陽能資源評估方法》（QX/T 89-2008）中的分級評估方法，灰場項目場址太陽能資源豐富程度屬Ⅲ類區，即資源豐富（3780～5040MJ/m·2a），全年太陽輻射平均直射比約為0.4，能保證項目有較高的發電收益，具有較好的開發前景。

3.2 馬電公司灰場揚塵治理情況

馬電公司4臺在運機組2015年全部完成燃煤機組超低排放改造，現有7、8號機組采用水沖灰方式排入公司儲灰場。灰場目前面臨的主要問題是灰場揚塵對周圍大氣和土壤環境帶來污染的問題。盡管公司采取多種措施提高粉煤灰綜合利用程度，增加干灰銷售量,降低濕灰排放量,但由于灰場內存灰較多，污染問題仍比較嚴重。公司設立環保督查領導小組后，對于灰場揚塵治理逐年重視，2015年開始投入大量資金，對灰場內環境開始全面治理，并出臺了一系列針對性措施，對三期和四期灰場實施系統化管理，經過連續不斷的資金持續投入，灰場揚塵治理初見成效。

3.3 馬電公司灰場揚塵治理和光伏發電開發的具體實施方案

灰場揚塵治理采取的主要技術手段是固結劑法,對仍在運行中的灰場采取固結劑噴灑法。即在四期灰場表面噴灑固結劑，使表層粉煤灰固結，防止粉塵飛揚；對庫容已滿的二期、三期灰場則采用復合固結層法。采取這樣的方法一方面能夠防止灰面的粉塵飛揚，另一方面能將灰場中的粉煤灰長期安全地封存起來。利用灰場中的灰加適量無機型固結劑，在灰場表面被平整、壓實后，在其上先做一層厚約15～25cm的碾壓結基層。然后再在碾壓固結基層上做一層厚約5cm的澆灌固結面層，這樣可以長期確保灰場不揚塵，在經這樣處理的灰場表面上架設光伏組件支架，即光伏發電，這樣可以有效地防止其上層的水土流失,同時減小覆土層厚度。

灰場光伏發電項目規劃裝機容量50MW，全部采用280Wp單晶硅光伏組件。通過優選采用分塊發電、集中并網方案。采用固定式光伏陣列運行方式，設計組件傾角采用31°傾角，能夠滿足灰塵及雨雪滑落要求，同時考慮螺旋樁結構對支架穩定性的影響及傾斜支架的角度范圍。項目由46個1.09648MW光伏子方陣組成。光伏發電方陣組件采用PERC電池技術，轉換效率達到18%以上。

光伏電站內光伏陣列布置方式為豎向平坡式，需對逆變器室及其室外箱變區、管理區地面進行適當整平，以利于施工和管理。光伏組件支架采用縱向橫梁結構、橫向排布，螺旋樁支架方案。光伏組件支架沿結構單元長度方向上設置橫向支架的間距為4m，每個結構單元內設置6道橫向支架。一個光伏組串由22個光伏組件串聯而成，一個光伏子方陣由178路光伏組串并聯而成。1MW光伏子方陣由光伏組串、組串逆變設備、交流匯流箱及專用升壓變壓器構成。以35kV電壓等級出線兩回接入當地電網。根據總裝機容量、傾斜面輻照量、系統效率以及光伏組件標稱效率衰減等計算出光伏電站建成后，25年的年平均發電量為5552.3萬千瓦時，年等效利用小時數1100h，25年總發電量為13.9億千瓦時。在滿足年平均發電量5552.3萬千瓦時，經營期前三年含稅電價為1.05元/kWh，中間17年含稅電價為0.85元/kWh，后5年含稅電價為0.3644元/kWh的條件下（財務計算指標按2016年有關標準計算），通過對項目的清償能力、盈利能力、財務生存能力的分析，本工程年發電利潤大于800萬。

4 結論和建議

①火電廠灰場揚塵問題是我國火電行業長期以來一直普遍存在且比較嚴重的一項歷史遺留問題。揚塵污染的治理是關系到生態環境的改善以及當地人民群眾身體健康的大事，只有采用合理有效的揚塵治理手段并謀劃建設有一定經濟效益的建設項目才能調動火電企業治理揚塵的積極性，這樣火電廠貯灰場的揚塵問題才有可能得到根本解決。灰場光伏發電項目可以對國內火電企業灰場綜合利用起到較好的示范作用，對以后我國相當多的火電廠灰場綜合治理推廣有積極作用。灰場采用固結劑噴灑法覆蓋以后在表面澆灌固結面層，防止灰塵飛揚，能夠顯著降低灰場附近揚塵污染影響。②灰場揚塵治理和光伏發電開發項目符合國家環保政策和可再生能源發展戰略，利用灰場土地開發光伏發電項目能夠顯著降低灰場附近揚塵污染影響，提高土地資源綜合利用效率，增加企業經濟效益，實現企業多元化發展，在帶動當地產業提升、促進經濟發展和環境保護方面產生良好效益。