承德市生態涵養清潔能源綜合示范項目分析與研究

劉朋霏

(中國華電科工集團有限公司，北京 100031)

1 引言

作為京津冀北部水源涵養重要區域，承德市開展了“三北”造林、京津風沙源治理等一系列生態工程，取得豐碩的生態治理成果。但由于承德市特有的自然地理環境，部分地區景觀生態和系統層〗次結構簡單、食物鏈短。在受大風、干旱、霜凍、冰雹等自然災害的沖擊以及人為干擾影響下，區域仍存在草場退化、水土流失及土地沙化等生態問題，水源涵養功能、土壤保持功能與生態系統自我調節功能較弱，亟需進一步鞏固生態修復治理效果，提升區域生態涵養功能。為了促進承德市水源涵養、防風固沙、經濟發展產生相互促進的正循環，達到生態文明建設與綠色經濟建設可持續發展的有效結合，同時也提高承德市在京津冀區域格局中的戰略地位，鞏固“北京后花園”地位，有必要在承德規劃建設新能源生態涵養綜合項目，作為示范工程，積累運行經驗，為在全市推廣提供參考。

2 項目概述

承德市位于河北省北部，東部與遼寧省交界，西臨張家口，北靠內蒙高原，南臨首都北京及天津、唐山、秦皇島，是溝通中原與內蒙、連接東北的重要紐帶，地理位置極其重要。區域屬于內蒙古高原—燕山山地—華北平原的過渡帶，是季風氣候與大陸氣候、干旱與半干旱地區、華北溫帶闊葉林與草原、農區與牧區的過渡帶，四季分明，氣候獨特，地形地貌多樣，生物資源豐富，平均風速在6～9 m/s，平均輻射總量在194.63～582.29 MJ/m2，風能和光能資源豐富[1]。

圖1 草地退化及沙化現狀

初步規劃將示范項目建在承德市區西北部，規劃總占地面積為38220 hm2，其中草地光伏占地面積25120 hm2，農光互補光伏占地面積8100 hm2，以及風電占地面積5000 hm2，占地主要為壩上區域的其他草地，幾乎為退化草地及沙地。項目除對主體工程范圍內擾動土地進行水土流失治理外，還對原狀退化草場及沙地進行生態修復，并對形成的侵蝕溝進行治理，生態修復面積共計約2.93萬hm2[2]。

3 風光資源分析

3.1 太陽能資源分析

本階段采用Meteonorm數據對項目所在地太陽輻射量進行分析。經查詢Meteonorm 7.2數據，場址區域多年各月太陽輻射量統計成果見表1，太陽輻射量年內變化見圖2[3]。

表1 場址區域多年各月太陽輻射量統計 MJ/m2

由此可知，場址區域多年年均太陽總輻射量為4731.12 MJ/m2。各月水平輻射總量在194.63～582.29 MJ/m2之間變化，其中，5月最高，為582.29 MJ/m2；12月最低，為194.63 MJ/m2。輻射量最大值與最小值相差為387.66 MJ/m2，年內變化幅值較大。

根據PVsyst模擬得出本項目最佳傾角為38°，在最佳傾角下的斜面輻射量5912.36 MJ/m2。

3.2 風力資源分析

由于暫未收集到測風數據和氣象站數據，本階段暫時根據中尺度數據對其區域資源進行初步分析。承德市風能資源風譜圖見圖4，風向玫瑰圖見圖5。

圖2 場址區域多年各月太陽輻射量變化

圖3 場址區域最佳傾角及輻射量

圖4 承德市風能資源風譜圖

從圖4和圖5可以看出，承德市北部風能資源較好，風速在7～9 m/s之間；承德市南部風能資源相對一般，部分地區風能資源相對較好，風速達到6～7 m/s左右。風向主要集中在NW～N方向，較為集中，有利于風電機組的布置。整體來說，承德市風能資源豐富，具有較好的開發價值[4]。

圖5 承德市風向玫瑰圖

3.3 發電量估算

3.3.1 光伏發電量估算

經計算，光伏電站首年發電量為197億kW·h，首年等效滿負荷利用小時數為1329 h；光伏電站25年運營期內平均年發電量為182億kW·h，年等效滿負荷利用小時1213 h。

3.3.2 風電發電量估算

承德市北部風電場年上網電量大約在150億kW·h以上，承德市南部風電場年上網電量大約在125億～140億kW·h之間，利用目前發電效率較高的低風速型風電機組進行初步估算，承德市北部區域風速較優，風電場年等效滿負荷利用小時在3000 h以上；承德市南部風能資源相對較好的區域，風電場年等效滿負荷利用小時在2500～2800 h之間。

4 清潔能源綜合示范項目的優勢

光伏發電和風電建設占地主要為光伏支架或塔基基礎占地，實際占地面積小，且由于光伏電池板和發電風輪距離地面有一定高度，地上空間充分，有利于土地空間的多重利用開發。因此，清潔能源綜合示范項目可以有效將農業、林業開發及光伏發電和風電結合，形成 “林光互補”“農光互補”“光伏+旅游”等新型開發模式，促進多產業融合發展，推進可再生能源發電產業，實現地區的經濟轉型升級。

光伏發電和風電項目不同于其他開發建設項目，它實際占地面積小，擾動土地面積小，不會大面積擾動當地生境造成不可逆的損壞，也不會涉及過大的土方開挖，不會切割原有區域的生態斑塊。通過有針對性的防護措施，完全可以降低項目本身對生態環境造成的影響，易于擾動地區的恢復。此外，光能和風能資源是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽命和免維護性、資源的充足性及潛在的經濟性等優點。

清潔能源綜合示范項目，對草原生態涵養起著重要作用(圖6)。

圖6 草場上的光伏電站

5 工程投資與財務評價

5.1 工程投資

5.1.1 生態修復工程投資

生態修復工程投資估算根據國家、部門和河北省現行有關規定和標準，并參考已建光伏發電項目造價水平進行編制。主要材料價格按2020年2季度價格水平計算。主要工程單價按以下價格計算：退化、沙化草場治理及修復工程4782.59元/hm2，水土流失治理工程8002.31元/hm2。經估算，本工程靜態投資3.746億元，工程動態投資4.4952億元。

5.1.2 光伏工程投資

本工程投資估算根據國家、部門和河北省現行有關規定和標準，并參考已建光伏發電項目造價水平進行編制。主要材料價格按2020年2季度價格水平計算。主要設備按以下價格計算：光伏組件 1.45元/W; 支架 7600元/t; 組串式逆變器 0.16元/W; 經估算，本工程靜態投資630億元，單位千瓦靜態投資4200元/kW；工程動態投資642億元，單位千瓦動態投資元4282元/kW。

5.1.3 風電工程投資

本工程投資估算根據國家、部門和河北省現行有關規定和標準，并參考已建風電項目造價水平進行編制。主要材料價格按2020年2季度價格水平計算。主要設備按以下價格計算：風電機組(到工地價) 3600元/kW; 塔筒(到工地價) 10500元/t; 箱變(YBT11-3650/35，華變) 35萬元/臺。

本工程主要為草地風電場，經初步匡算，本工程靜態投資400億元，單位千瓦靜態投資約在8000元/kW。工程動態投資407.37億元，單位千瓦動態投資元8147元/kW。

5.2 財務評價

5.2.1 光伏

本項目光伏部分的建設規模為15000 MW，工程靜態投資630億元。項目運行期按25年計算，預計本項目運營期內平均年發電量為182億kW·h，年等效滿負荷利用小時1213 h。資金籌措方式按資本金占總投資20%，國內銀行貸款占80%計算，并考慮15年借款還貸期。本工程采用分塊發電、集中并網的方式，上網電價按當地火電脫硫電價0.372元/kW·h。經測算，本項目資本金財務內部收益率8.56%，全投資財務內部收益率(所得稅前)7.34%，投資回收期(所得稅后)為12.56年。

5.2.2 風電

本階段按5000 MW裝機規模，單位千瓦靜態投資8000元/kW，年等效滿負荷利用小時數2800 h至3000 h進行測算，上網電價按冀北火電脫硫電價0.372元/kW·h。經測算，項目資本金財務內部收益率8.76%～12.40%，全投資財務內部收益率(所得稅前)6.85%～7.98%，投資回收期(所得稅后)大約為10.32年至11.11年。

6 效益分析

6.1 經濟效益

(1)項目建設期，為當地帶來的稅收收益主要來自企業采購設備及工程施工，初步估算設備采購量約為152億/年、工程量約為82億/年，按照目前國家規定的稅率(設備稅率為13%，建安工程稅率為9%)，可以為當地產生約20億/年的稅收收益(延續5年)。由于本項目的主要設備由項目配套引入當地的企業生產，因此以上稅收大部分留在本地。項目建設期內，可累計為當地解決就業5000人以上。

(2)項目運營期，考慮新能源項目的部分稅收減免政策，項目全部投運后可以為當地產生約20～25億/年的稅收收益，項目全壽命期(風電20年、光伏25年)可為當地帶來稅收400億元。項目運營期內，可累計為當地解決就業3000人以上。

(3)項目配套產業集群給當地帶來的稅收收益。項目配套清潔能源產業集群的入駐，前期以提供本項目的設備、勞務為主，企業產出及銷售比較有保證，可實現年產值超過130億元，每年實現稅收收益20～25億元(項目建設期有部分重復)，帶動就業上萬人。

6.2 生態效益

6.2.1 改善生態環境

項目建成后，將減少地表的太陽直接輻射，有效降低局部風速和溫度，增加空氣濕度，形成良性小氣候；土壤的含水量、有機質及速效養分均將得到有效提升，土壤容重下降，將很大程度改良區域土壤理化性質。生境條件的改良，有利于項目區退化草場、沙地、裸地的植被恢復治理，植被得到有效恢復，蓋度將大幅度提高，物種數增加，從而能有效地遏止草地退化、沙化趨勢，涵養水源，減輕水、旱、風、沙等影響，進而形成良性循環，使草原生態環境實現正向演替。

6.2.2 減少水土流失

合理設計的光伏陣列本身可以增加地表粗糙度，起到很好的消減風速的作用，有效地減少了風沙流蝕積現象的發生，促進流沙的穩定；設置沙障種草灌，營造防風固沙林帶、農牧防護林帶，修建溝道攔沙工程，形成防風固沙治理水土流失的綜合防治體系；侵蝕溝道內從支毛溝向主溝口修建植物谷坊群，并通過一系列的植物措施，層層攔蓄，穩定侵蝕溝底和岸坡，形成侵蝕溝道治理體系。生態修復措施的實施，使發生水土流失的區域將得到有效治理，項目范圍內水土流失將得到有效控制，極大程度減少工程建設引起的水土流失，緩解場址當地的水土流失嚴重的現狀，使水土保持功能逐步恢復正常。

6.2.3 提升生態涵養功能

項目實施運行后由于生態環境將得到大幅改善，水土流失情況將得到有效控制，河流水系淤積情況將得到改善，水質得到凈化，草場復綠、林地更新，結合示范區的美化建設，項目區生態景觀效果也將得到提升，區域的生態涵養功能將得到有效改善。進一步地，通過結合風力提水和光伏提水等新技術，對項目區及周邊地區劃定圍封保護區，運用拉力式的供水覆蓋，可鞏固生態修復治理效果，提升土地利用承載力，合理優化農業、畜牧業發展，在承德市文化旅游等產業發展實施方案指導下，依托森林草原、山川湖泊、溫泉冰雪等自然資源，可促進當地生態旅游的發展，形成良性循環。結合現有天然林保護項目、生態公益林保護項目、京津風沙源治理工程等項目從宏觀上把控治理，逐步建立綜合林草防護帶，有利于更進一步提升區域生態涵養功能[5]。

6.3 減排效益

光伏發電在發電過程中，不消耗燃料，就不會產生廢氣廢渣，替代傳統的化石能源消耗，增加了能源供給，達到節能減排的目的，減輕國家發展面臨的節能減排的環保壓力。經估算，本工程年均發電量相當于減少消耗標煤1023.83萬t，減少SO2排放19.69萬t，減少CO排放0.27萬t，減少CnHm排放0.11萬t，減少NO2排放11.18萬t，減少CO2排放0.24萬t，減少灰渣排放315.02萬t。

7 結論

(1)承德市生態涵養清潔能源綜合示范項目可利用的用地資源面積共計38220 hm2，其中草地光伏占地面積25120 hm2，農光互補光伏占地面積8100 hm2，以及風電占地面積5000 hm2。

(2)項目在實施過程中會對土壤、植被產生一定的負面作用，項目建成運營后，通過電站自身作用以及采取的水土保持、環境保護等措施，能夠有效改善當地生態環境狀況，減少水土流失，提高區域生態涵養功能，項目建設可行。

(3)本項目規劃光伏發電裝機容量為15000MW，其中草地光伏12000MW，農光互補3000MW。光伏電站25年運營期內平均年發電量為182億kW·h。風電規劃裝機5000MW，承德市北部區域風速較優，風電場年等效滿負荷利用小時在3000 h以上；承德市南部風能資源相對較好的區域，風電場年等效滿負荷利用小時在2500～2800 h之間。

(4)承德市作為全國新能源示范市，在發展清潔能源產業方面，具有得天獨厚的資源優勢；本示范項目的建設，不僅能高效利用土地資源、保護生態環境，同時對承德市清潔能源產業的發展、經濟建設能帶來巨大的推動作用，為現實全市生態優先、綠色發展的理念奠定基礎。