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新能源電站場(chǎng)地設(shè)計(jì)防洪研究

2024-12-31 00:00:00徐開(kāi)源丁曉勇陳屏翰
太陽(yáng)能 2024年11期

摘 要:為解決新能源電站場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí)防洪標(biāo)準(zhǔn)及防洪技術(shù)不明確的問(wèn)題,通過(guò)對(duì)比分析現(xiàn)行規(guī)范,綜合歸納風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、生物質(zhì)電站、儲(chǔ)能電站的防洪標(biāo)準(zhǔn),提出防洪標(biāo)準(zhǔn)建議;通過(guò)分析電站場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí)的多重影響因素,提出相關(guān)防洪設(shè)計(jì)策略。得到以下結(jié)論:1)對(duì)于光伏電站和風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電區(qū)域,防洪標(biāo)準(zhǔn)建議按照DL/T 5084—2021《電力工程水文技術(shù)規(guī)程》第3.0.9條來(lái)確定。2)發(fā)電和變電是電力工程的有機(jī)整體,當(dāng)二者防護(hù)等級(jí)或規(guī)模不同導(dǎo)致防洪標(biāo)準(zhǔn)不同時(shí),建議取二者中的高值,以保證安全性。3)對(duì)于涉及新能源電站的重大工程,建議依據(jù)水文專業(yè)提供的工程壽命周期內(nèi)的可能最大洪水(PMF)數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞:新能源電站;場(chǎng)地設(shè)計(jì);防洪標(biāo)準(zhǔn);技術(shù)策略

中圖分類號(hào):TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

收稿日期:2024-04-16

通信作者:徐開(kāi)源(1987—),男,碩士、工程師,主要從事電力工程總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)方面的研究。365169060@qq.com

0" 引言

電力工程一般分為輸電工程、發(fā)電工程、變電工程3大類,如圖1所示。發(fā)電工程又可細(xì)分為傳統(tǒng)發(fā)電廠和新能源電站,其中,傳統(tǒng)發(fā)電廠包括火電廠、核電廠,新能源電站包括風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、氫能電站、生物質(zhì)電站,以及作為新能源電站配套設(shè)施或獨(dú)立運(yùn)行的儲(chǔ)能電站等。

新能源電站的興起減少了人們對(duì)化石能源的依賴,實(shí)現(xiàn)了能源的可持續(xù)發(fā)展。新能源電站場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí),防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定直接關(guān)系到場(chǎng)地建(構(gòu))筑物的抗洪能力,以及人員、財(cái)產(chǎn)的安全問(wèn)題。然而,目前對(duì)于新能源電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定在不同規(guī)范中存在差異,需要通過(guò)更精準(zhǔn)的防洪規(guī)范來(lái)制定合理的標(biāo)準(zhǔn),以應(yīng)對(duì)不同類型電站的需求。本文主要研究風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、生物質(zhì)電站,以及作為新能源電站配套設(shè)施或獨(dú)立的儲(chǔ)能電站的防洪問(wèn)題,探究對(duì)應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn),并提出可供相關(guān)設(shè)計(jì)人員參考的、具有可行性的防洪設(shè)計(jì)策略。

1" 基本理論概述

1.1" 洪水與防洪

在洪水發(fā)生前會(huì)有一個(gè)雨量累積過(guò)程,洪水具有洪量、洪峰、洪水位3個(gè)特征,存在漲水段、洪峰段、退水段3個(gè)時(shí)段。洪水是一種水文現(xiàn)象,通常用洪量、洪水歷時(shí)及洪峰流量3個(gè)要素來(lái)定量表述其大小情況。GB/T 22482—2008《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》[1]中的第8.2條將洪水分為小、中、大、特大4個(gè)等級(jí)。

防洪工程涉及到水文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、空間規(guī)劃、災(zāi)害管理等多學(xué)科的理論知識(shí)。中國(guó)計(jì)算洪水發(fā)生概率的途徑主要有兩種,分別為基于水文頻率分析的數(shù)理統(tǒng)計(jì)途徑和基于水文氣象的物理分析途徑。設(shè)計(jì)洪水是防洪工程的基礎(chǔ)工作,通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)頻率洪水位進(jìn)行預(yù)估,以提供符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的水文數(shù)據(jù),為相關(guān)工程的防洪設(shè)計(jì)提供依據(jù)[2]。

1.2" 洪水概率

確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)的防洪標(biāo)準(zhǔn)時(shí),需要綜合考慮洪水歷史數(shù)據(jù)、地質(zhì)、水文、建(構(gòu))筑物、土壤、泵站和排水系統(tǒng)等影響因素,參考國(guó)家或行業(yè)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)場(chǎng)地平整調(diào)整建(構(gòu))筑物地坪設(shè)計(jì)標(biāo)高、排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)等,以最大程度減少洪水對(duì)場(chǎng)地建(構(gòu))筑物的影響。

在研究洪水歷史數(shù)據(jù)時(shí),需要明確當(dāng)?shù)匕l(fā)生洪水的概率P,電力工程領(lǐng)域常用重現(xiàn)期T來(lái)體現(xiàn)洪水概率。洪水概率與重現(xiàn)期成倒數(shù)關(guān)系,即:P=1/T。以洪水概率取1%為例,其對(duì)應(yīng)的重現(xiàn)期為100年,通常被稱為“百年一遇”,但不能僅憑字面解讀為“每隔100年遇到1次”,因?yàn)閷?shí)際的洪水發(fā)生并無(wú)周期性,而是隨機(jī)的。洪水概率只是利用公式根據(jù)歷史數(shù)據(jù)推導(dǎo)、擬合得出的洪水發(fā)生概率,不能用來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)洪水事件;另外,大部分情況下百年一遇洪水的水位數(shù)據(jù)也并非是由統(tǒng)計(jì)100年的數(shù)據(jù)而得出,但現(xiàn)行規(guī)范多以“N年一遇洪水”作為防洪標(biāo)準(zhǔn)。因此,文獻(xiàn)[3]建議對(duì)“N年1遇洪水”的表述進(jìn)行修改,以“洪水概率”來(lái)替代。

2" 防洪標(biāo)準(zhǔn)解讀

關(guān)于防洪標(biāo)準(zhǔn),既有風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、生物質(zhì)電站及儲(chǔ)能電站這類新能源電站場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí)可依據(jù)的特定規(guī)范;也有應(yīng)用于其他領(lǐng)域的但與新能源電站相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范,比如:GB 50201—2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》[4]、DL/T 5084—2021《電力工程水文技術(shù)規(guī)程》[5]等。新能源電站防洪標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)范匯總?cè)鐖D2所示。

2.1" 關(guān)于風(fēng)電場(chǎng)

GB 51096—2015中的第4.2.3條,以及NB/T 10101—2018中的第4.0.2條與6.0.1條均有針對(duì)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。而DL/T 5084—2021卻指出:因風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)本身無(wú)防洪要求,因此僅根據(jù)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)來(lái)確定整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的防洪標(biāo)準(zhǔn),不是很恰當(dāng)。

關(guān)于風(fēng)電場(chǎng)陸地升壓變電站建設(shè)時(shí)的防洪標(biāo)準(zhǔn),GB 51096—2015中的第4.2.3條,NB/T 10101—2018中的第6.0.2條,DL/T 5084—2021中的第3.0.9條,DL/T 5056—2007中的第6.1.1條,以及GB 50201—2014中的第7.3.2條均有提及。其中,GB 50201—2014中的第7.3.2條與DL/T 5084—2021中的第3.0.9條的表述基本一致,且能涵蓋其他相關(guān)規(guī)范。

NB/T 31115—2017中的第3.0.6條提到了關(guān)于110 kV~220 kV海上升壓變電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)。除此之外,國(guó)家相關(guān)部門目前還未出臺(tái)其他電壓等級(jí)的海上升壓變電站防洪標(biāo)準(zhǔn)。

2.2" 關(guān)于光伏電站

GB 50797—2012中的第4.0.3條與DL/T 5084—2021中的第3.0.9條均有關(guān)于光伏電站防洪標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。GB 50201—2014中沒(méi)有專門針對(duì)光伏電站發(fā)電場(chǎng)區(qū)方面的防洪標(biāo)準(zhǔn),但其中的第7.1.1條針對(duì)光伏發(fā)電變電站不同電壓等級(jí)的防洪標(biāo)準(zhǔn)與DL/T 5032—2018中的第6.1.2條描述一致。值得一提的是,DL/T 5084—2021中的第3.0.9條規(guī)定的發(fā)電工程(光伏電站)防洪標(biāo)準(zhǔn)與火力發(fā)電廠防洪標(biāo)準(zhǔn)較為接近,明確限定了100年(Ⅱ級(jí)防護(hù)等級(jí))和50年(Ⅲ級(jí)防護(hù)等級(jí))重現(xiàn)期的防洪標(biāo)準(zhǔn),并指出若個(gè)別發(fā)電工程有其他明確的理由也可以突破該防洪標(biāo)準(zhǔn);此外,DL/T 5084—2021中也指出GB 50797—2012規(guī)定的各防護(hù)等級(jí)對(duì)應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定上限,不一定恰當(dāng)。

關(guān)于光伏電站升壓變電站建設(shè)的防洪標(biāo)準(zhǔn)在DL/T 5056—2007中的第6.1.1條,GB 50797—2012中的第4.0.3條,GB 50201—2014中的第7.3.2條及DL/T 5084—2021中的第3.0.9條均有提及。其中,GB 50201—2014 中的第7.3.2條與DL/T 5084—2021中的第3.0.9條規(guī)定基本一致,且能涵蓋其他相關(guān)規(guī)范。

2.3" 關(guān)于生物質(zhì)電站及儲(chǔ)能電站

GB 50762—2012中的第3.3.6條對(duì)生物質(zhì)電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定。

GB 51048—2014中的第3.0.7條及第5.1.2條對(duì)儲(chǔ)能電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定。

3" 防洪標(biāo)準(zhǔn)建議

3.1" 關(guān)于風(fēng)電場(chǎng)

現(xiàn)行的關(guān)于電力工程防洪標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范之間存在差異。文獻(xiàn)[14]建議按照電站裝機(jī)容量或電壓等級(jí)統(tǒng)一劃分電力工程的防護(hù)等級(jí)和防洪標(biāo)準(zhǔn),其指出陸上風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量不超過(guò)400 MW時(shí),可采用2%洪水概率防洪標(biāo)準(zhǔn);海上風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量超過(guò)了400 MW,可采用1%洪水概率防洪標(biāo)準(zhǔn)。

3.2" 關(guān)于光伏電站

根據(jù)GB 50762—2012中的第3.3.6條規(guī)定,對(duì)于裝機(jī)容量不超過(guò)30 MW的秸稈發(fā)電廠,采用1/50洪水概率防洪標(biāo)準(zhǔn);而根據(jù)GB 50797—2012中的第 4.0.3 條,小于30 MW的光伏電站的最低防洪標(biāo)準(zhǔn)卻為1/30洪水概率。由于光伏電站的單位裝機(jī)容量造價(jià)較高,因此,建議提高其防洪標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)[14]建議按以400 MW裝機(jī)容量作為劃分Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)防護(hù)等級(jí)的界限,將最低防護(hù)等級(jí)Ⅲ級(jí)(裝機(jī)容量小于400 MW)對(duì)應(yīng)的洪水概率從1/30調(diào)整至1/50。

綜上,光伏電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)建議采用DL/T 5084—2021中第3.0.9條的規(guī)定。

3.3" 關(guān)于生物質(zhì)電站及儲(chǔ)能電站

GB 50762—2012中的第3.3.6條規(guī)定,對(duì)于裝機(jī)容量不超過(guò)30 MW的秸稈發(fā)電廠,其防洪標(biāo)準(zhǔn)為1/50洪水概率。

綜合GB 51048—2014中第3.0.7條及第5.1.2條的規(guī)定,建議電化學(xué)儲(chǔ)能電站防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為:對(duì)于容量大于等于30 MWh儲(chǔ)能電站,按照1%洪水概率對(duì)應(yīng)的洪水水位或歷史最高內(nèi)澇水位設(shè)計(jì)場(chǎng)地標(biāo)高;對(duì)于容量小于30 MWh儲(chǔ)能電站按照2%洪水概率對(duì)應(yīng)的洪水水位或歷史最高內(nèi)澇水位設(shè)計(jì)場(chǎng)地標(biāo)高。

4" 防洪標(biāo)準(zhǔn)建議歸納

基于上文對(duì)防洪標(biāo)準(zhǔn)的解讀與建議,將風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、生物質(zhì)電站及儲(chǔ)能電站的防護(hù)等級(jí)和防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸納與細(xì)分,如表1、表2所示。需要說(shuō)明的是,表1中的防洪標(biāo)準(zhǔn)適用于位于非江河湖海附近,無(wú)內(nèi)澇、山洪影響,且無(wú)防洪堤保護(hù)的電站;發(fā)電和變電將電力工程構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體,當(dāng)二者防護(hù)等級(jí)或規(guī)模對(duì)應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)不同時(shí),建議取二者中的高值,以保證安全性。

此外,對(duì)于涉及新能源電站的重大工程,建議依據(jù)水文專業(yè)提供的工程壽命周期內(nèi)的可能最大洪水(PMF)數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)。

5" 防洪設(shè)計(jì)策略

5.1" 場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí)的防洪設(shè)計(jì)

新能源電站的場(chǎng)地設(shè)計(jì)是工業(yè)總圖設(shè)計(jì)的重要組成部分,需在滿足電站功能需求的基礎(chǔ)上,更為合理地布置用地,這涉及到場(chǎng)地的平面布置、豎向設(shè)計(jì)、交通組織、管線綜合及景觀綠化等多方面內(nèi)容,其中,管線綜合、景觀綠化及交通組織會(huì)影響到豎向設(shè)計(jì),具體影響關(guān)系如圖3所示。

防洪措施是場(chǎng)地設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。新能源電站為滿足基本防洪標(biāo)準(zhǔn),需要進(jìn)行場(chǎng)地的防洪設(shè)計(jì)。通常,生物質(zhì)電站、儲(chǔ)能電站,以及風(fēng)電場(chǎng)、

光伏電站的升壓變電站豎向標(biāo)高均可通過(guò)場(chǎng)地平整來(lái)調(diào)整,并根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)澇情況考慮是否設(shè)置排水溝或截洪溝。若地形起伏較大或地質(zhì)條件一般,則需根據(jù)水流匯集程度計(jì)算水量,然后在路邊設(shè)置排水溝集成排水;若地質(zhì)條件較好,則根據(jù)水量對(duì)道路是否有沖刷影響來(lái)判斷是否設(shè)置排水溝或截洪溝。

5.2" 豎向設(shè)計(jì)

場(chǎng)地的豎向設(shè)計(jì)一般可分為平坡式、臺(tái)階式(又可稱為“階梯式”)及二者結(jié)合式。在進(jìn)行場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí),需先了解場(chǎng)地的水文情況,然后不同場(chǎng)地情況采用不同的豎向設(shè)計(jì)方法,具體如下:

1)對(duì)于位于江河湖海附近且有防洪堤壩的電站,首先需核實(shí)場(chǎng)地標(biāo)高是否滿足防洪要求,若不滿足,既可以加高防洪堤壩,也可以新建堤壩,以滿足要求。有時(shí)堤壩中的水還可以通過(guò)管道輸送到城區(qū)或用于灌溉農(nóng)田[15],但需要水利等部門的落實(shí)且周期較長(zhǎng)。

2)對(duì)于位于江河湖海附近、但無(wú)防洪堤壩的電站,為滿足防洪要求,通常需要抬高場(chǎng)地標(biāo)高,或?qū)⒄麄€(gè)場(chǎng)區(qū)圍堤(堰)。

3)對(duì)于位于非江河湖海附近的電站,可通過(guò)場(chǎng)地平整來(lái)抬高標(biāo)高,以滿足防洪要求。

5.3" 排水溝設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)排水溝時(shí),需在水文氣象部門查詢當(dāng)?shù)厮脑u(píng)估報(bào)告,獲取電站所在區(qū)域的雨水管理規(guī)劃、洪峰量F,以及根據(jù)選用的排水溝材料確定排水溝的粗糙系數(shù)n。

排水溝的設(shè)計(jì)流量Q可表示為:

Q=AV" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "(1)

式中:A為水流的有效橫截面積,m2;V為水流的流速,m/s。

其中:

A=BH+MH2" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "(2)

式中:B為排水溝溝底的寬度,m;H為排水溝的設(shè)計(jì)水深,m;M為寬深斜率比。

V=C" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " nbsp; " "(3)

式中:C為謝才系數(shù),是用來(lái)描述水流速度和水深之間關(guān)系的參數(shù);R為水力半徑,是水流在河道或管道中流動(dòng)時(shí)的重要參數(shù),為水流有效橫截面積與潤(rùn)濕周長(zhǎng)的比值;S為排水溝溝底坡度。

謝才系數(shù)可表示為:

C=" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " (4)

將利用公式計(jì)算得到的排水溝設(shè)計(jì)流量與洪峰量進(jìn)行對(duì)比,若Q gt;F,則滿足設(shè)計(jì)要求。

5.4" 其他措施

對(duì)于陸上風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站而言,還需考慮其他防洪注意點(diǎn)及措施。為防止雨洪淹沒(méi),風(fēng)電場(chǎng)的箱變可以設(shè)計(jì)安裝在塔筒上,并采用在排水不暢區(qū)域設(shè)置排水溝的設(shè)計(jì),以避免雨洪影響。光伏電站的光伏組件離地高度最低點(diǎn)在保證滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),箱變與逆變器的底部標(biāo)高也需滿足標(biāo)準(zhǔn),且標(biāo)高至少高于防洪水位100 mm。

為防止暴雨對(duì)光伏支架基礎(chǔ)附近土質(zhì)的沖刷,可在光伏支架基礎(chǔ)附近區(qū)域鋪設(shè)碎石來(lái)降低雨水沖刷的影響。

6" 結(jié)論

本文對(duì)比分析了現(xiàn)行規(guī)范,綜合歸納了風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、生物質(zhì)電站、儲(chǔ)能電站的防洪標(biāo)準(zhǔn),提出了防洪標(biāo)準(zhǔn)建議;并通過(guò)分析電站場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí)的多重影響因素,提出了相關(guān)防洪設(shè)計(jì)策略。得到以下結(jié)論:

1) 對(duì)于光伏電站和風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電區(qū)域,防洪標(biāo)準(zhǔn)建議按照DL/T 5084—2021《電力工程水文技術(shù)規(guī)程》中的第3.0.9條來(lái)確定。

2) 發(fā)電和變電是電力工程的有機(jī)整體,當(dāng)二者防護(hù)等級(jí)或規(guī)模對(duì)應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)不相同時(shí),建議取二者中的高值,以保證安全性。

3)對(duì)于涉及新能源電站的重大工程,建議依據(jù)水文專業(yè)提供的工程壽命周期內(nèi)的PMF數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)。

此外,目前暫無(wú)專門針對(duì)氫能電站的防洪標(biāo)準(zhǔn),建議有關(guān)部門盡快補(bǔ)充。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范:GB/T 22482—2008[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[2] 李繼業(yè),林洪孝,范世香. 洪水設(shè)計(jì)與防洪減災(zāi)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013.

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Flood Control Research on Site Design of New

Energy Power Stations

Xu Kaiyuan,Ding Xiaoyong,Chen Pinghan

(Shanghai Electric Engineering Design Co.,Ltd.,Shanghai 201199,China)

Abstract:To address the issue of unclear flood control standards and technologies in the design of new energy power plant sites,this paper compares and analyzes current regulations,comprehensively summarizes flood control standards for wind farms,PV power stations,biomass power stations,and energy storage power plants,and proposes flood control standard recommendations. By analyzing the multiple influencing factors in the design of power plant sites,relevant flood control design strategies are proposed. The following conclusion is drawn: 1) For the power generation areas of PV power stations and wind farms,it is recommended to determine flood control standards in accordance with the provisions of clause 3.0.9 of DL/T 5084—2021\"Hydrological technical code for electric power engineering\". 2) Power generation and transformation are an organic whole of power engineering. When the protection level or scale of the two is different,resulting in different flood control standards,it is recommended to take the higher value of the two to ensure safety. 3) For major projects involving new energy power stations,it is recommended to use the possible maximum flood (PMF) data provided by the hydrological profession within the project life cycle as the design flood control standard.

Keywords:newable energy power stations;site design;flood control standards;technical strategy

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