風(fēng)光一體化發(fā)電項目水土保持措施配置初探

程艷輝

(湖北安源安全環(huán)保科技有限公司，湖北 武漢 430040)

1 引言

風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電作為綠色能源，符合可持續(xù)發(fā)展的原則，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電是國家發(fā)展可再生能源、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)這一宏觀能源戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)，有利于緩解環(huán)境保護壓力，實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展[1]。風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電均存在隨機波動性強、出力不均的特點。通過創(chuàng)新設(shè)計，將風(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)電技術(shù)加以綜合利用，可以充分利用這兩種清潔能源在時間與空間上的互補性，實現(xiàn)一種嶄新的、更加合理的能源結(jié)構(gòu)。一方面，可以利用風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電在大時間尺度(如季節(jié)分布)與微時間尺度(如一天之內(nèi)晝夜分布)上出力的互補性，彌補獨立風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的不足，向電網(wǎng)提供更加穩(wěn)定的電能；另一方面，可以充分利用空間，實現(xiàn)地面和高空的合理利用，發(fā)揮風(fēng)、光資源的互補優(yōu)勢，實現(xiàn)兩種資源最大程度的整合[2]。這種風(fēng)光互補的能源利用模式將是未來能源結(jié)構(gòu)中一個新的增長點。本文對廣水市100 MW風(fēng)光一體化并網(wǎng)發(fā)電項目建設(shè)過程中的水土流失進行了分析，以找出一套完整的工程措施、植物措施和臨時措施水土保持措施體系配置[3]，力求達到有效防治水土流失目的，為今后類似風(fēng)光一體化項目提供參考。

2 項目及項目區(qū)概況

2.1 項目概況

工程位于湖北省隨州市廣水市應(yīng)山街道辦、十里街道辦一帶區(qū)域，建設(shè)規(guī)模為擬在項目場區(qū)內(nèi)山脊山頂上布置50 MW低風(fēng)速山地風(fēng)力發(fā)電場，安裝25臺單機容量2 MW的風(fēng)力發(fā)發(fā)電機組；在場區(qū)內(nèi)山脊及山腰的緩坡上安裝總?cè)萘?0 MW的太陽能電池組件。風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能共用一座110 kV升壓站送出，發(fā)揮風(fēng)光一體化的資源互補優(yōu)勢。

2.2 項目區(qū)概況

項目區(qū)地處區(qū)域日照較充足，年太陽輻射量為4464.34 MJ/m2，年日照小時數(shù)為1852.6 h。太陽能資源按分類屬我國資源豐富地區(qū)，屬湖北省一級可利用區(qū)，具有一定的開發(fā)利用價值。本區(qū)域地處桐柏山東南片山脊，屬于鄂東北崗地風(fēng)能資源豐富區(qū)，具有較好的風(fēng)能開發(fā)利用價值。通過項目區(qū)域內(nèi)兩個點位衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行資源分析，點位80 m高度20年平均風(fēng)速約為5.94 m/s、6.07 m/s，風(fēng)功率密度為246.5 W/m2、267.1 W/m2。場區(qū)布機點位處風(fēng)功率密度大部分為2級，風(fēng)資源較好，具有一定的開發(fā)價值，主導(dǎo)風(fēng)向為NNE與SSW方向，及附近扇區(qū)風(fēng)向穩(wěn)定，風(fēng)能集中，適合風(fēng)力發(fā)電。項目區(qū)地處中緯度地帶，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，項目整體高程在100～500 m，多年平均氣溫15.9 ℃，多年平均降雨量993.4 mm，項目區(qū)土壤類型主要為黃棕壤，林草植被覆蓋率約為65%，水土流失以水力侵蝕為主。

3 風(fēng)光一體化并網(wǎng)發(fā)電項目建設(shè)中的水土流失特點

3.1 風(fēng)電建設(shè)擾動強度大、光伏建設(shè)征占地面積大

風(fēng)光一體化項目建設(shè)中由于風(fēng)電項目為了獲得較好的風(fēng)能資源，風(fēng)電場的建設(shè)一般選擇在較為陡峭的山頂或山脊，為了滿足風(fēng)機施工需要，在修建道路的施工中，對施工道路的開辟和項目場地平整，往往需要削高填低的大量土石方開挖和填筑，損毀大量植被，嚴(yán)重破壞山地生態(tài)自然環(huán)境，導(dǎo)致山地風(fēng)電水土流失較光伏場區(qū)更為明顯和嚴(yán)重。光伏電場為便于獲取太陽能及安裝建設(shè)的需要，一般修建在低緩空曠的荒坡地上，且安裝光伏板施工工藝多為支架基礎(chǔ)固定安裝，對地表擾動較小，但光伏板布置往往需要征占更多土地，集中擾動更多地表。

3.2 風(fēng)電場區(qū)植被恢復(fù)難度大、光伏場區(qū)綠化條件限制多

風(fēng)電場區(qū)受風(fēng)資源的限制，其選址往往是在植被較好、雨水充足、原有生態(tài)系統(tǒng)較好的山頂或山脊，但風(fēng)電場建設(shè)難免破壞了原有生態(tài)系統(tǒng)、嚴(yán)重?fù)p毀地表植被、破壞土層結(jié)構(gòu)，尤其是山區(qū)表土的珍貴和難以短時間恢復(fù)，加之風(fēng)電場人為活動的影響，均對后期風(fēng)電場植被的恢復(fù)帶來極大難度。光伏發(fā)電由于需要考慮太陽光照的影響，往往需砍伐高大喬灌木，為防止遮擋陽光，影響發(fā)電效益，需定期對光伏場內(nèi)綠化進行修剪維護，場區(qū)植被往往以低矮草本植被為主，因此光伏場區(qū)的綠化植被恢復(fù)，受光照限制條件多[4]。

3.3 建設(shè)周期長、土壤侵蝕主要集中在施工期

風(fēng)光一體化建設(shè)中，尤其是風(fēng)電工程施工過程中由于土方開挖、臨時堆土、土方回填以及基礎(chǔ)施工等活動極易產(chǎn)生較大水土流失，特別是道路區(qū)施工擾動大，如不采取有效的防治措施，施工引起的水土流失甚至?xí)绊懏?dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)及生活，對地表植被及周邊環(huán)境造成一定的影響和危害。光伏場區(qū)建設(shè)中應(yīng)加強施工管理，盡量減小土地擾動面積，光伏場區(qū)平整宜結(jié)合地形實際就勢平整，控制土方開挖、回填，盡量縮短臨時堆土存放時間，從源頭控制水土流失。施工中針對周期較長的問題，建設(shè)中應(yīng)注重場地平整、道路修筑及基礎(chǔ)施工等盡量避免在大雨大風(fēng)天氣施工，可最大限度減少水土流失。土石方工程確需在雨季施工時，需做好防雨措施，確保施工安全及防止水土流失。

4 風(fēng)光一體化并網(wǎng)發(fā)電項目水土保持防治措施設(shè)計

4.1 風(fēng)電場水土保持防治措施布局

根據(jù)風(fēng)電場水土流失特點，結(jié)合施工區(qū)自然環(huán)境狀況，把風(fēng)機區(qū)進一步細分為山頂風(fēng)機、山脊風(fēng)機進行重點防護，同時對道路區(qū)進一步劃分為填方道路、挖方道路、半挖半填道路進行水土流失重點防治，把土建施工作為水土流失防治的重點時段進行重點防護[5]。采用工程措施、臨時措施和植物措施相結(jié)合的措施設(shè)計進行系統(tǒng)化防治水土流失[6]。為此，提出了在風(fēng)電場各細化分區(qū)內(nèi)水土保持工程措施、植物措施和臨時措施[7]，以有效控制和減少施工建設(shè)造成的水土流失。本工程風(fēng)電場各分區(qū)水土保持防治措施總體布局詳見表1。

表1 風(fēng)光一體化風(fēng)電場水土保持防治措施布局一覽

4.2 光伏場水土保持防治措施布局

光伏場區(qū)針對建設(shè)征占地面積大的特點，通過優(yōu)化設(shè)計、合理布局，對建設(shè)中的施工場區(qū)、施工道路等占地采取了永臨結(jié)合的施工方式，大大減少施工中單獨開辟的臨時占地，同時盡量利用風(fēng)光一體化已有電力、排水等設(shè)施，最大限度地減少施工占地[8]。光伏場區(qū)容易忽視的未考慮施工前期的表土剝離和施工過程中的臨時防護以及施工后期的場地清理和植被恢復(fù)，因此，本文重點對以上水土保持防治措施進行了補充和完善，以期形成一個完整的水土流失防治體系[9]，將水土流失降到最低限度，從而最大限度地保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境。本工程光伏場各分區(qū)水土保持防治措施總體布局詳見表2。

表2 風(fēng)光一體化光伏場水土保持防治措施布局一覽

4.3 風(fēng)光一體化項目建設(shè)期水土保持管理

針對風(fēng)光一體化項目的水土流失主要集中在施工期的特點，施工期應(yīng)強化施工管理，水土保持實施管理機構(gòu)應(yīng)與設(shè)計、施工、監(jiān)理單位保持密切聯(lián)系，協(xié)調(diào)好水土保持方案與主體工程的關(guān)系，確保水土保持設(shè)施的全面落實，并按時竣工，最大限度地減少人為造成的水土流失和生態(tài)環(huán)境的破壞[10]。加強工程現(xiàn)場檢查，掌握工程施工和運行期間的水土流失狀況及其防治措施的落實情況。

5 結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)電相結(jié)合，既可以利用兩者發(fā)電在時間上出力的互補性，又可以利用兩者在空間上實現(xiàn)地面和高空的合理性，充分發(fā)揮風(fēng)、光資源的互補優(yōu)勢，實現(xiàn)兩種資源最大程度的整合。本文以廣水市100 MW風(fēng)光一體化并網(wǎng)發(fā)電項目為例，根據(jù)風(fēng)光一體化的建設(shè)特征，初步分析和總結(jié)了風(fēng)電場擾動強度大、光伏場區(qū)征占地面積大等水土流失特點，簡要提出了加強對風(fēng)電場風(fēng)機及道路、光伏場區(qū)等水土流失工程措施、植物措施和臨時措施相結(jié)合的防治措施設(shè)計，重點加強施工期水土保持的監(jiān)督和管理。通過分析風(fēng)光一體化項目水土保持措施設(shè)計，形成了一套風(fēng)光一體化項目有效的水土保持綜合防治措施體系，有效防治了風(fēng)光一體化項目建設(shè)中造成的水土流失，為今后類似項目水土保持設(shè)計提供參考。