利用采煤沉陷區(qū)建設(shè)集中式光伏電站綜合效益分析

王成

摘 要：為響應(yīng)國(guó)家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的政策方針，結(jié)合國(guó)家光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，通過(guò)分析采煤沉陷區(qū)利用現(xiàn)狀，得出采煤沉陷區(qū)發(fā)展光伏電站所產(chǎn)生的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：光伏；采煤沉陷區(qū)；綜合效益

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.063

按照國(guó)家能源局《關(guān)于促進(jìn)先進(jìn)光伏技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的意見(jiàn)》要求，同意在山西大同等多個(gè)地區(qū)開(kāi)展采煤沉陷區(qū)“光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃”試點(diǎn)，“光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃”是國(guó)家能源局每年實(shí)行的光伏扶持專項(xiàng)計(jì)劃，“領(lǐng)跑者”計(jì)劃將通過(guò)建設(shè)先進(jìn)技術(shù)光伏發(fā)電示范基地、新技術(shù)應(yīng)用示范工程等方式實(shí)施。從2016開(kāi)始下達(dá)新增光伏領(lǐng)跑技術(shù)基地規(guī)模550萬(wàn)千瓦，其中達(dá)到100萬(wàn)千瓦的基地只有三個(gè)，兩淮采煤沉陷區(qū)光伏領(lǐng)跑技術(shù)基地是其中之一，以下主要是以淮南地區(qū)為例，對(duì)利采煤深陷區(qū)建設(shè)集中式光伏電站的綜合效益進(jìn)行分析。

1 淮南地區(qū)總體概況

淮南市位于安徽省中部、淮河中游，淮北平原南緣，是安徽省重要工業(yè)城市，也是我國(guó)大型能源工業(yè)基地。淮南市位于淮河中游，安徽省中部偏北，地處東經(jīng)116°21′21″～117°11′59″與北緯32°32′45″～33°0′24″之間，東與滁州市鳳陽(yáng)、定遠(yuǎn)縣毗鄰，南與合肥市長(zhǎng)豐縣接壤，西南與六安市霍邱縣相連，西及西北與阜陽(yáng)市潁上縣，亳州市利辛、蒙城縣交界，東北與蚌埠市懷遠(yuǎn)縣相交。最東端位于孔店鄉(xiāng)東河村以東與定遠(yuǎn)縣交匯之窯河河面，最西端位于鳳臺(tái)縣尚塘鄉(xiāng)侯海孜以西與利辛縣接壤處，最南端位于孫廟鄉(xiāng)廟塘村以南瓦埠湖水面，最北端位于茨淮新河主航道中心線鳳臺(tái)縣與蒙城、利辛縣交匯處。

淮南電網(wǎng)是安徽電網(wǎng)重要的組成部分，截至2017年底，淮南電網(wǎng)擁有火電廠9座，淮南電網(wǎng)有1000kV特高壓變電站一座，1000kV特高壓淮南-上海雙環(huán)線已建成；500kV變電站2座，擁有220kV變電站9座，形成220kV洛河電廠-金家?guī)X（雙回）-西山（雙回）-八公山-蘆集-洛河電廠（雙回）的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

淮南市是屬于淮河以南地區(qū)，是暖溫帶和亞熱帶的過(guò)渡地帶，年平均氣溫15.6℃，全年無(wú)霜期238天。全年降水量773～1670毫米，全年日照時(shí)數(shù)為1922.2小時(shí)，光能利用潛力較為可觀?；茨鲜刑?yáng)能資源基本屬于太陽(yáng)能資源第三類地區(qū)，根據(jù)安徽省氣象部門(mén)的調(diào)查與推算評(píng)估，淮南市水平面年太陽(yáng)能輻射總量5114.09 MJ/（ m2·a），年平均日照小時(shí)數(shù)1922.2 h。

淮南煤田遠(yuǎn)景儲(chǔ)量444億噸，探明儲(chǔ)量180億噸，占安徽省的70%，占華東地區(qū)的32%。隨著煤電一體化進(jìn)程的加快，煤炭資源開(kāi)采的強(qiáng)度加大，煤礦采空塌陷范圍將不斷加大。截止到目前，煤礦塌陷區(qū)面積共200多平方公里，預(yù)計(jì)到2030年，煤礦塌陷區(qū)面積將達(dá)到600多平方公里。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，淮南市可用于光伏發(fā)電的煤礦塌陷區(qū)水面面積約為53260畝，可以得出，在煤礦塌陷區(qū)水面建設(shè)光伏發(fā)電站，具有豐富的資源優(yōu)勢(shì)。

2 采煤沉陷區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性分析

所謂采煤塌陷區(qū)是指在地下采煤過(guò)程結(jié)束后或者是進(jìn)行過(guò)程中，煤層由于被挖空使上伏的巖層在重力作用下坍塌，留下個(gè)距地面幾米或幾十米的空地。一般的煤層的埋深都在幾百米，甚至一千米以上。由于上伏地層在重力作用下對(duì)下伏采空區(qū)有壓力，因采空區(qū)沒(méi)有煤只有空氣或者是已經(jīng)被水充填，這樣使得上部巖層冒落致使地層坍塌。采煤塌陷區(qū)在我國(guó)分布較廣泛，為了保證國(guó)家建設(shè)的需要和節(jié)約耕地，就必須對(duì)塌陷區(qū)土地進(jìn)行科學(xué)開(kāi)發(fā)和利用，使其恢復(fù)為建設(shè)用地。采煤塌陷區(qū)能規(guī)劃成為什么樣的建設(shè)用地，關(guān)鍵取決于其地基受載后的穩(wěn)定性、沉降量和承載能力。地下煤層采出后，上覆巖層產(chǎn)生移動(dòng)、變形和破壞，引起地表的塌陷，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，上覆巖層及地表均處于相對(duì)平衡和穩(wěn)定狀態(tài)。若在塌陷地上建設(shè)樓層較高的民房、廠房或其它的構(gòu)筑物等，在建（構(gòu)）筑物荷載的作用下，已受采動(dòng)損傷的巖體可能會(huì)產(chǎn)生較大的移動(dòng)和變形，甚至產(chǎn)生失穩(wěn)、破壞，從而引起塌陷區(qū)地基產(chǎn)生較大沉降，嚴(yán)重影響地基的承載能力。因此，采煤塌陷區(qū)規(guī)劃、設(shè)計(jì)與建設(shè)中，需要對(duì)地基的穩(wěn)定性、沉降變形和承載力進(jìn)行定量研究，以提高塌陷區(qū)土地的利用與開(kāi)發(fā)的效益和效率，并確保塌陷區(qū)新建設(shè)的建（構(gòu)）筑物的安全使用。在一般地基條件下，要求建筑地基需要同時(shí)滿足下列2個(gè)技術(shù)條件：一是地基變形條件，指地基的沉降量、沉降差、傾斜與局部?jī)A斜應(yīng)不超過(guò)國(guó)家《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的地基變形允許值；二是地基強(qiáng)度條件，在建筑物荷載作用下，應(yīng)確保地基不發(fā)生剪切或滑動(dòng)破壞。但在采煤塌陷區(qū)上興建建筑物，其地基穩(wěn)定性還要受到其他眾多因素的影響：

采煤沉陷區(qū)可分為穩(wěn)定沉陷區(qū)和非穩(wěn)定沉陷區(qū)兩大類。穩(wěn)定沉陷區(qū)是指已經(jīng)沉陷且一般不會(huì)再發(fā)生次生沉陷的區(qū)域。非穩(wěn)定沉陷區(qū)是指地面還未沉陷或沉陷不明顯、不充分的區(qū)域，即對(duì)應(yīng)的采空區(qū)頂板和覆巖的破壞存在有滯后性，具體存在有兩種可能，一類是具有突發(fā)性的整體一次性切冒，另一類是漸變的分層、分塊切冒，前者稱為Ⅰ類非穩(wěn)定沉陷區(qū)，后者稱為Ⅱ類非穩(wěn)定沉陷區(qū)?；茨喜擅核莩练€(wěn)水面平均水深約為6米，部分地區(qū)水深超過(guò)10米，較難進(jìn)行有效利用，目前的主要利用方式是水上旅游休閑公園開(kāi)發(fā)和水產(chǎn)養(yǎng)殖。非沉穩(wěn)區(qū)水面平均水深約為4.5米，大部分地區(qū)預(yù)計(jì)未來(lái)下沉0.1～10米，現(xiàn)階段不適宜進(jìn)行水上光伏開(kāi)發(fā)，可待區(qū)域沉穩(wěn)后再進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。

3 利用采煤沉陷區(qū)建設(shè)光伏電站的意義

安徽省是我國(guó)煤炭資源豐富省份之一，同時(shí)又是產(chǎn)煤大省?；茨系貐^(qū)含煤地層分布面積17950平方公里，煤炭資源量877.53億噸。建國(guó)后，淮南煤礦為國(guó)家建設(shè)作出了巨大貢獻(xiàn)，也作出了巨大犧牲。地下水遭到嚴(yán)重破壞，地表生態(tài)環(huán)境和區(qū)域小氣候被扭曲，煤礦廢棄物和發(fā)電廢氣嚴(yán)重污染了土壤與空氣。隨著煤電一體化進(jìn)程的加快，煤炭資源開(kāi)采的強(qiáng)度加大，煤礦采空塌陷范圍將不斷加大。這些采煤沉陷區(qū)如何規(guī)劃和發(fā)展就成為淮南地區(qū)迫在眉睫的任務(wù)。endprint

隨著光伏行業(yè)技術(shù)不的斷的進(jìn)步，一些原來(lái)限制行業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸已然攻克，特別是在非沉穩(wěn)區(qū)水面利用浮筒、采用漂浮式光伏這一技術(shù)已經(jīng)用于實(shí)踐。2016年3月，全球最大的水上漂浮式光伏電站——淮南采煤塌陷區(qū)20MW漁光互補(bǔ)光伏電站順利并網(wǎng)發(fā)電，該項(xiàng)目由信義光能控股有限公司投資建設(shè)，利用采煤塌陷區(qū)的閑置水面建設(shè)，總投資約2億元，預(yù)計(jì)年均發(fā)電量為2300萬(wàn)度。與傳統(tǒng)光伏電站相比，漂浮式光伏電站將光伏發(fā)電組件安裝在水面漂浮體上，具有不占用土地資源，減少水量蒸發(fā)，抑制藻類生長(zhǎng)的作用，同時(shí)水體對(duì)光伏組件及電纜的冷卻也可有效提高發(fā)電效率。信義光能淮南采煤沉陷區(qū)水上光伏電站示范項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，為我國(guó)發(fā)展采煤沉陷區(qū)光伏項(xiàng)目增添了信心、積累了經(jīng)驗(yàn)。

淮南市境內(nèi)煤礦塌陷區(qū)眾多，可以利用其水面和灘涂建設(shè)光伏項(xiàng)目。這不僅提高了土地資源的利用率，同時(shí)產(chǎn)生清潔能源減少碳排量，加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境的保護(hù)，解決了土地資源浪費(fèi)的問(wèn)題，增加了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的收入。光伏發(fā)電基地選址在淮南煤礦塌陷區(qū)，目的是為了更好的利用該區(qū)域創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)價(jià)值。

4 光伏容量及接入系統(tǒng)

綜合考慮淮南地區(qū)太陽(yáng)能資料、工程地質(zhì)、土建工程布置、交通運(yùn)輸機(jī)施工安裝條件，集合當(dāng)?shù)夭纱迕窬幼∏闆r，以及旅游區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等敏感用地，淮南市目前可利用光伏開(kāi)發(fā)的煤礦塌陷區(qū)水面約53000畝，裝機(jī)容量為1500MW。

由全省電力平衡可知，安徽電網(wǎng)僅考慮新增核準(zhǔn)和路條機(jī)組情況下，在扣除皖電東送機(jī)組以后，安徽省電網(wǎng)存在一定的電力虧缺。至2016年，考慮安慶電廠二期、宣城二期機(jī)組投運(yùn)情況下，安徽電網(wǎng)高峰方式下有424萬(wàn)kW電力缺口，若不考慮省外協(xié)議分電，安徽省內(nèi)電力虧缺將更大?！笆濉逼陂g隨著負(fù)荷的發(fā)展，至2018年若不考慮新增火電和新能源機(jī)組，安徽電網(wǎng)將有564萬(wàn)kW電力缺口，隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)，在保持現(xiàn)有皖電東送規(guī)模及規(guī)劃的皖電東送二期裝機(jī)基礎(chǔ)上，應(yīng)盡早安排2015年及以后的電源建設(shè)和相應(yīng)電網(wǎng)建設(shè)，以保證電網(wǎng)的供用電平衡和電力的可持續(xù)發(fā)展。因此，淮南煤礦塌陷區(qū)水上光伏可以對(duì)彌補(bǔ)省內(nèi)的電力缺口起到積極作用。

淮南地區(qū)光伏項(xiàng)目主要利用的水面及荒坡建設(shè)光伏電站，結(jié)合荒坡的地形、水域大小、水上開(kāi)發(fā)難易程度等開(kāi)發(fā)光伏項(xiàng)目，對(duì)于遠(yuǎn)離負(fù)荷中心、且水域較為開(kāi)闊區(qū)域，適合成規(guī)模開(kāi)發(fā)、采用高電壓等級(jí)統(tǒng)籌送出，對(duì)于距離負(fù)荷較近電站，可考慮分散或集中送出，就近消納。

在采煤塌陷區(qū)治理中采用建設(shè)光伏發(fā)電基地規(guī)劃方案，對(duì)促進(jìn)安徽能源轉(zhuǎn)型，擴(kuò)大新能源開(kāi)發(fā)利用規(guī)模，推動(dòng)能源生產(chǎn)革命具有重大意義?！笆濉逼陂g隨著負(fù)荷的發(fā)展，至2018年考慮區(qū)外特高壓交流、直流區(qū)外來(lái)電情況下，若不考慮新增火電和新能源機(jī)組，安徽電網(wǎng)將有較大電力缺口，需盡早安排2015年及以后的電源建設(shè)和相應(yīng)電網(wǎng)建設(shè)，以保證電網(wǎng)的供用電平衡和電力的可持續(xù)發(fā)展。因此，淮南煤礦塌陷區(qū)水上光伏可以對(duì)彌補(bǔ)省內(nèi)的電力缺口起到積極作用。

5 環(huán)境影響

淮南地區(qū)煤炭資源豐富，隨著煤電一體化進(jìn)程的加快，煤炭資源開(kāi)采的強(qiáng)度加大，煤礦采空塌陷范圍將不斷加大。在淮南煤礦采空區(qū)，各種建筑和道路等基礎(chǔ)設(shè)置塌陷受損嚴(yán)重，許多村莊塌陷為大水面，且煤矸石、粉煤灰又帶來(lái)二次污染，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，引發(fā)了群眾失地失業(yè)、生活困難等一系列社會(huì)問(wèn)題。

利用煤礦塌陷區(qū)水面發(fā)展光伏發(fā)電，可以改善采煤沉陷區(qū)域生態(tài)環(huán)境，對(duì)采煤塌陷產(chǎn)生的廢地“變廢為寶”，綜合治理并利用起來(lái)。同時(shí)光伏發(fā)電為國(guó)家政策支持的清潔能源發(fā)電，節(jié)能減排效益顯著，因此淮南煤炭塌陷區(qū)水面光伏發(fā)展實(shí)施具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)保效益。

水面光伏發(fā)電項(xiàng)目施工期應(yīng)尤為注意對(duì)水環(huán)境的影響，控制施工作業(yè)影響范圍，優(yōu)化水下施工工藝，減少對(duì)水體的擾動(dòng)和對(duì)水質(zhì)的污染。運(yùn)營(yíng)期水污染主要為電站運(yùn)行人員生活污水。光伏電站自動(dòng)化程度較高，運(yùn)行管理人員較少，產(chǎn)生的少量生活污水可采用地埋式污水處理設(shè)施處理達(dá)標(biāo)后回用或外排，有條件的可接入城市污水管網(wǎng)排入城市污水處理廠，對(duì)水環(huán)境的影響較小。施工期的大氣污染源主要為施工區(qū)域地面開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵，建筑材料運(yùn)輸、卸載中的揚(yáng)塵，土方運(yùn)輸車輛行駛產(chǎn)生的揚(yáng)塵，臨時(shí)物料堆放產(chǎn)生的風(fēng)蝕揚(yáng)塵，混凝土攪拌產(chǎn)生的水泥粉塵等，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。光伏發(fā)電作為清潔能源發(fā)電，與相同發(fā)電量的火電廠相比，每年節(jié)約大量標(biāo)煤，相應(yīng)每年可減少多種大氣污染物的排放，對(duì)大氣環(huán)境影響具有正效應(yīng)。

光伏太陽(yáng)能電池板會(huì)反射出去一部分陽(yáng)光，若反射區(qū)內(nèi)存在居民房屋、公路等敏感目標(biāo)，就會(huì)產(chǎn)生光污染。水上光伏項(xiàng)目布置在水面，一般位于農(nóng)村地區(qū)，周圍敏感程度較低，項(xiàng)目選用反射率符合規(guī)定的太陽(yáng)能電板，結(jié)合周邊環(huán)境具體情況，充分進(jìn)行項(xiàng)目選址及光伏電池板布局合理性分析，避免強(qiáng)光對(duì)周圍敏感區(qū)域的影響。

因此，經(jīng)初步分析，淮南地區(qū)采煤塌陷區(qū)光伏發(fā)展的實(shí)施不會(huì)對(duì)區(qū)域環(huán)境造成不利影響，并具有較好的生態(tài)環(huán)保效益。

6 社會(huì)效益分析

按照光伏發(fā)電基地1500MW裝機(jī)容量考慮，以20 年平均發(fā)電量估算，年發(fā)電量為145000萬(wàn)kWh，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約50萬(wàn)噸，減少煙塵2.358萬(wàn)噸，SO2 10.58萬(wàn)噸，NOX 175.48萬(wàn)噸，，CO2 1323.04萬(wàn)噸，節(jié)能減排環(huán)境效益明顯?；茨系貐^(qū)光伏發(fā)電基地用清潔能源替代原煤，可為安徽省治霾起到重要作用。

綜上所述，利用采煤深陷區(qū)建設(shè)集中式光伏電站，各項(xiàng)財(cái)務(wù)指標(biāo)良好，有一定的抗風(fēng)險(xiǎn)能力；而建成投產(chǎn)不僅可以充分利用自然資源、響應(yīng)國(guó)家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的政策方針，節(jié)能減排環(huán)境效益明顯，還可以為國(guó)家?guī)?lái)可觀的稅收收入。

參考文獻(xiàn)：

[1]《關(guān)于促進(jìn)先進(jìn)光伏技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的意見(jiàn)》國(guó)家能源局[S].

[2]兩淮采煤深陷區(qū)光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃[S].

[3]《淮南市“十三五”發(fā)展規(guī)劃》[S].endprint