電廠灰場區(qū)建設太陽能光伏電站的應用研究

劉艷梅 陳永恒

摘 要： 隨著能源危機的不斷加深，建筑能耗顯著增長，光伏產品在市場應用中不斷推廣， 我國的光伏發(fā)電規(guī)模建設也進入到快速發(fā)展時期。但光伏電站占地面積大，對局部生態(tài)環(huán)境及自然景觀等方面產生影響。為此，必須合理選擇太陽能光伏電站的建設地址。在電廠灰場上建設光伏電站是推動節(jié)能減排、實現經濟可持續(xù)發(fā)展的有效手段。

關鍵詞： 電廠灰場區(qū)建設;太陽能光伏電站;工程概況

我國是個產煤大國，以煤炭為電力生產基本燃料。近年來，我國的能源工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，發(fā)電能力年增長率為7.3%，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，為解決這些問題，燃煤電廠一般都需要修建貯灰場。為積極落實國家關于節(jié)能減排的政策，燃煤電廠正在逐步將濕排灰改造為干排灰，這樣就會出現很多閑置的貯灰場。太陽能是清潔的、可再生的能源。利用光伏電池將光能直接轉化為電能的光伏發(fā)電，具有不需要燃料、環(huán)境友好、無轉動部件、維護簡單、由模塊組成、功率可大可小等突出優(yōu)點。因此太陽能光伏發(fā)電作為重要的可再生能源形式，在發(fā)電產業(yè)快速發(fā)展。隨著光伏電站的大量建設，土地資源也越來越緊缺，而中國存在很多電廠灰場有待二次開發(fā)利用。如能將二者結合，則既能解決光伏發(fā)電的用地問題，也可以實現電廠灰場的再利用。

一、太陽能光伏電站運行特點分析

人類的生存與發(fā)展，離不開能源的支持。石油、煤炭等傳統能源緊張問題日漸凸顯，嚴重限制了人類文明的發(fā)展，已經成為全世界人們共同面對的難題。為妥善解決能源緊張問題，各國都下大力氣進行新型能源的開發(fā)研究工作。太陽能光伏發(fā)電具有高效、環(huán)保、清潔、綠色、可再生的特點。太陽能光伏發(fā)電是利用光伏電池吸收太陽輻射能，將之直接轉換為電能的發(fā)電技術。我國太陽能光伏發(fā)電事業(yè)起步較晚，經過幾年的發(fā)展，也取得了階段性成效，是我國新型清潔能源產業(yè)中的中堅力量。光伏電站運行特點如下：

1、周期性、間歇性、隨機性

光伏電站吸收太陽光能并將之轉換為電能，這個運作機理決定了光伏發(fā)電效率必然受到太陽光輻射變化的影響。太陽光輻射有其自然規(guī)律，太陽光輻射強度呈現出由低到高，再由高到低的周期性特點，太陽能光伏電站的發(fā)電效率也隨之呈現出對應的周期變化。天氣變化導致太陽能輻照度變化，從而影響光伏電站發(fā)電效率，這些都說明光伏電站具有隨機性和間歇性。光伏電站出力的間歇性和隨機性會導致電壓波動、閃變等電能質量問題，是電網安全運行的重要風險因素。上述因素都必須在進行大型并網光伏電站二次系統設計予以充分考慮。

2、靜止發(fā)電性

太陽能光伏發(fā)動屬于靜止型發(fā)電，電站所用設備中不包含旋轉部件，部件損耗速度慢，維護、保養(yǎng)難度和成本較低，在進行電氣二次系統設計時可以按照有人值守、無人值班模式進行設計。

3、場地偏遠性

太陽能光伏發(fā)電以太陽能為基礎能源，在太陽能電站建設項目選址時就傾向于選擇光照強度高、日照時間長、太陽能資源豐富的地區(qū)，我國大型并網光伏電站多在西北、華北及華南等地，這些地方不僅光照條件好，而且土地資源豐富，大量荒漠和灘涂地區(qū)非常適合建設土地需要量很大的太陽能光伏電站。由于這些地方地廣人稀，地處偏遠，在設計光伏發(fā)電站控制方式時多采用遠程監(jiān)控或集中監(jiān)控模式。

二、工程概況

本光伏電站場址現狀為沖積的灰，共裝設270W光伏組件66572塊，容量為17.97444MW，本期一次建成。本光伏場區(qū)共分兩部分：空地部分和壩體部分。光伏電站每1MW光伏發(fā)電單元經逆變器轉變?yōu)榻涣麟姾螅ㄟ^1臺1000kV·A箱式升壓變壓器，將電壓升至35kV;若干個光伏發(fā)電單元并聯后，通過35kV集電線路接入匯至35kv開關站。380V/220V所用電接線：采用單母線萬式。開關站的備用電源引自本期35kV母線，站用工作電源引自6kV外接電源，兩路通過雙電源切換裝置互為備用。

三、電廠灰場區(qū)建設太陽能光伏電站的應用

1、電池組件方陣設置

本工程共裝設270W光伏組件66572塊，容量為17.97444MW。本工程兩種布置方式，灰場內為支架式，壩上為平鋪式。支架式南北凈間距為4.5m，東西凈間距為0.2m。每1MW布置178個光伏陣列，每組光伏陣列布置22塊太陽能電池板。共布置14個單元，共布置2492個支架，灰場內布置容量為14.80248MW;平鋪式光伏組件串的南北凈間距為0.5m，東西凈間距為0.2m，每1MW布置178個光伏組件，每組光伏組件串布置22塊太陽能電池板，共布置534個支架，容量為3.17196Mw。

2、豎向設置

由于場址內地形局部高差較大，對地形進行局部場平，不進行大面積平整，灰場場區(qū)西側及西南側地勢較低，現狀為水塘，根據水文資料顯示，水塘現狀條件下三十年一遇設計洪水位為312.5m。光伏場區(qū)西部偏南部分區(qū)域地面高程較低，將受水塘三十年一遇洪水淹影響，局部最大淹沒深度約1.5m淹沒面積約為65615m2，場區(qū)西北側有高臺需場平，最大高差為5.1m，面積約為53470m2光伏場區(qū)平整量為挖方222470 m3，填方為222470m3;施工臨建處場平為挖方3000 m3，填方為3000 m3。

3、站區(qū)道路設置

本工程進場道路沿用灰場的道路。站內道路寬度為3.5m。道路采用砂石路面，路基在原地面基礎上整平夯實。道路的縱向坡度結合地形設計，橫向坡度為1.5%，滿足設備運輸及運行管理的需要。沿道路設置排水溝。站區(qū)圍欄采用鐵絲網圍欄，高度為1.8m。

4、支架布設

光伏發(fā)電工程支架基礎工程量在整個工程造價中占較大比重，基礎選型直接影響工程投資、施工組織和施工工期。在滿足規(guī)范要求的前提下，支架基礎優(yōu)化方案成為光伏工程土建部分的重點課題。本工程光伏區(qū)擬建場地包括：電廠灰場壩上、電廠灰場內。

（1）壩上光伏支架基礎設計理念首先要保證對壩體不造成影響和破壞，通過對目前光伏行業(yè)常用光伏支架基礎形式的分析，除配重式基礎外，其它基礎形式均對基礎持力層產生不同程度的影響，因此，針對灰場壩上的光伏支架基礎采用鋼筋混凝土條形基礎方案;

（2）針對位于灰場內的光伏支架基礎，根據地質情況，灰場內地基土主要為粉煤灰。地基承載力特征值f=60kPa由于粉煤灰層承載力較低且對混凝土結構具中等腐蝕性、對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有弱腐蝕性，根據地質情況，光伏支架基礎通常情況下可采用預應力混凝土管樁基礎等形式。

四、結束語

綜上所述，以太陽能為代表的新型清潔能源是未來能源產業(yè)的主流發(fā)展方向。我國是能源利用大國，同時具有豐富的太陽能光伏資源，發(fā)展太陽能光伏產業(yè)的條件和需求同時具備。在電廠灰場區(qū)建設太陽能光伏電站，不僅能夠解決光伏電站用地問題，還能大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電，緩解我國能源緊張的局勢，大幅降低煤炭、石油等傳統能源消耗，減少環(huán)境污染，提高環(huán)境質量，對于我國具有中國特色的社會主義建設事業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展有十分重要的積極意義。

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