灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理與光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)的綜合研究

武曉南

（大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司，河北邯鄲056044）

1 研究背景及意義

1.1 研究背景

火力發(fā)電廠中的粉煤灰是將入廠煤磨細(xì)成粉狀，用預(yù)熱空氣噴入爐膛燃燒后產(chǎn)生高溫?zé)煔饨?jīng)除塵裝置收集后而得到的。隨著排灰量的不斷增長(zhǎng)，儲(chǔ)灰場(chǎng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中一定程度地出現(xiàn)了污染環(huán)境的問(wèn)題，嚴(yán)重影響儲(chǔ)灰場(chǎng)周邊的生態(tài)環(huán)境。

光伏電站具有可無(wú)人值守、工程建設(shè)時(shí)間可控、規(guī)模設(shè)計(jì)靈活、可就地使用等優(yōu)點(diǎn)。利用儲(chǔ)灰場(chǎng)等未開(kāi)發(fā)利用土地建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目可以節(jié)約土地資源，構(gòu)建灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理新模式。受國(guó)家政策調(diào)整影響，目前地面集中式光伏電站補(bǔ)貼逐年下調(diào)、土地資源審批越發(fā)嚴(yán)格，光伏土地審批難的問(wèn)題已經(jīng)成為制約光伏項(xiàng)目規(guī)?；_(kāi)發(fā)的主要因素。通過(guò)電站優(yōu)化設(shè)計(jì)、采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的光伏發(fā)電技術(shù)、應(yīng)用高效的系統(tǒng)組件實(shí)現(xiàn)灰場(chǎng)土地資源的最大化利用。[1]

1.2 研究灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理和光伏發(fā)電的重要意義

①解決灰場(chǎng)環(huán)境污染難題，改善當(dāng)?shù)負(fù)P塵污染現(xiàn)狀。我國(guó)火力發(fā)電廠的儲(chǔ)灰場(chǎng)土地性質(zhì)多屬于工業(yè)用地，由國(guó)家劃撥使用，大量?jī)?chǔ)灰用地嚴(yán)重占用國(guó)家土地資源。受灰場(chǎng)所在的地理環(huán)境以及灰場(chǎng)管理方式不夠科學(xué)影響,灰場(chǎng)環(huán)境管理常年處于弱化狀態(tài)。②響應(yīng)國(guó)家可再生能源發(fā)展政策，開(kāi)發(fā)光伏發(fā)電，增加非化石能源消費(fèi)比重，減少污染物排放。③降低環(huán)保治理成本，提升公司經(jīng)營(yíng)效益。在灰場(chǎng)建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目符合國(guó)家和集團(tuán)公司發(fā)展要求，有利于促進(jìn)公司多元化發(fā)展，改善公司單一依靠火力發(fā)電的盈利模式，同時(shí)能夠降低灰場(chǎng)管理運(yùn)行成本，增加發(fā)電收益。[2]

2 灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理和光伏發(fā)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀分析

2.1 馬電公司灰場(chǎng)現(xiàn)狀

馬電公司灰場(chǎng)位于邯鄲市南部約15公里處，地處古漳河故道上，是在平地上四面圍壩而成，屬于平地型灰場(chǎng)。始建于1976年，到1997年由南到北共分三期建設(shè)，灰場(chǎng)總占地面積6435畝，灰場(chǎng)地勢(shì)整體呈西南高、東北低態(tài)勢(shì)。因灰場(chǎng)面積較大且灰場(chǎng)內(nèi)部有大面積沼澤和池塘，積水不能夠根據(jù)季節(jié)的變化及時(shí)調(diào)整灰場(chǎng)內(nèi)積水面積,給壩體和周圍環(huán)境帶來(lái)安全隱患，雖然公司投入大量資金和人力物力對(duì)灰場(chǎng)開(kāi)展環(huán)境治理，但是治理效果不明顯。馬電公司自2016年11月起對(duì)灰場(chǎng)光伏項(xiàng)目開(kāi)展初步可行性研究調(diào)查，就灰場(chǎng)土地性質(zhì)、污染影響評(píng)價(jià)、利用現(xiàn)狀進(jìn)行摸底調(diào)查，確認(rèn)光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)條件，就光伏發(fā)電工程任務(wù)和規(guī)模、總體方案設(shè)計(jì)和發(fā)電量計(jì)算、工程設(shè)計(jì)概算進(jìn)行了初步研究。

2.2 國(guó)內(nèi)灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理現(xiàn)狀

我國(guó)現(xiàn)有灰場(chǎng)治理?yè)P(yáng)塵的主要方法有：灰面覆水或覆土、灰場(chǎng)噴淋、道路灑水等。對(duì)運(yùn)行灰場(chǎng)采取灑水的辦法，對(duì)庫(kù)容已滿的廢棄灰場(chǎng)則采用覆土后種植植被或農(nóng)作物。由于粉煤灰的保水性差，在干燥天氣中水分難以保持，要控制灰場(chǎng)不揚(yáng)塵需進(jìn)行不斷灑水作業(yè)。上述幾種方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，不是解決問(wèn)題的根本辦法。

3 灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理和光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)的研究?jī)?nèi)容和具體方案

3.1 馬電公司灰場(chǎng)區(qū)域太陽(yáng)能資源情況

馬電公司灰場(chǎng)場(chǎng)址及附近無(wú)輻射氣象站，根據(jù)相關(guān)電力咨詢公司專業(yè)軟件測(cè)算，灰場(chǎng)光伏項(xiàng)目場(chǎng)址處年總輻射4885.6MJ/m2，根據(jù)《太陽(yáng)能資源評(píng)估方法》（QX/T 89-2008）中的分級(jí)評(píng)估方法，灰場(chǎng)項(xiàng)目場(chǎng)址太陽(yáng)能資源豐富程度屬Ⅲ類區(qū)，即資源豐富（3780～5040MJ/m·2a），全年太陽(yáng)輻射平均直射比約為0.4，能保證項(xiàng)目有較高的發(fā)電收益，具有較好的開(kāi)發(fā)前景。

3.2 馬電公司灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理情況

馬電公司4臺(tái)在運(yùn)機(jī)組2015年全部完成燃煤機(jī)組超低排放改造，現(xiàn)有7、8號(hào)機(jī)組采用水沖灰方式排入公司儲(chǔ)灰場(chǎng)?；覉?chǎng)目前面臨的主要問(wèn)題是灰場(chǎng)揚(yáng)塵對(duì)周圍大氣和土壤環(huán)境帶來(lái)污染的問(wèn)題。盡管公司采取多種措施提高粉煤灰綜合利用程度，增加干灰銷售量,降低濕灰排放量,但由于灰場(chǎng)內(nèi)存灰較多，污染問(wèn)題仍比較嚴(yán)重。公司設(shè)立環(huán)保督查領(lǐng)導(dǎo)小組后，對(duì)于灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理逐年重視，2015年開(kāi)始投入大量資金，對(duì)灰場(chǎng)內(nèi)環(huán)境開(kāi)始全面治理，并出臺(tái)了一系列針對(duì)性措施，對(duì)三期和四期灰場(chǎng)實(shí)施系統(tǒng)化管理，經(jīng)過(guò)連續(xù)不斷的資金持續(xù)投入，灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理初見(jiàn)成效。

3.3 馬電公司灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理和光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)的具體實(shí)施方案

灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理采取的主要技術(shù)手段是固結(jié)劑法,對(duì)仍在運(yùn)行中的灰場(chǎng)采取固結(jié)劑噴灑法。即在四期灰場(chǎng)表面噴灑固結(jié)劑，使表層粉煤灰固結(jié)，防止粉塵飛揚(yáng)；對(duì)庫(kù)容已滿的二期、三期灰場(chǎng)則采用復(fù)合固結(jié)層法。采取這樣的方法一方面能夠防止灰面的粉塵飛揚(yáng)，另一方面能將灰場(chǎng)中的粉煤灰長(zhǎng)期安全地封存起來(lái)。利用灰場(chǎng)中的灰加適量無(wú)機(jī)型固結(jié)劑，在灰場(chǎng)表面被平整、壓實(shí)后，在其上先做一層厚約15～25cm的碾壓結(jié)基層。然后再在碾壓固結(jié)基層上做一層厚約5cm的澆灌固結(jié)面層，這樣可以長(zhǎng)期確?；覉?chǎng)不揚(yáng)塵，在經(jīng)這樣處理的灰場(chǎng)表面上架設(shè)光伏組件支架，即光伏發(fā)電，這樣可以有效地防止其上層的水土流失,同時(shí)減小覆土層厚度。

灰場(chǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目規(guī)劃裝機(jī)容量50MW，全部采用280Wp單晶硅光伏組件。通過(guò)優(yōu)選采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)方案。采用固定式光伏陣列運(yùn)行方式，設(shè)計(jì)組件傾角采用31°傾角，能夠滿足灰塵及雨雪滑落要求，同時(shí)考慮螺旋樁結(jié)構(gòu)對(duì)支架穩(wěn)定性的影響及傾斜支架的角度范圍。項(xiàng)目由46個(gè)1.09648MW光伏子方陣組成。光伏發(fā)電方陣組件采用PERC電池技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18%以上。

光伏電站內(nèi)光伏陣列布置方式為豎向平坡式，需對(duì)逆變器室及其室外箱變區(qū)、管理區(qū)地面進(jìn)行適當(dāng)整平，以利于施工和管理。光伏組件支架采用縱向橫梁結(jié)構(gòu)、橫向排布，螺旋樁支架方案。光伏組件支架沿結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度方向上設(shè)置橫向支架的間距為4m，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)設(shè)置6道橫向支架。一個(gè)光伏組串由22個(gè)光伏組件串聯(lián)而成，一個(gè)光伏子方陣由178路光伏組串并聯(lián)而成。1MW光伏子方陣由光伏組串、組串逆變?cè)O(shè)備、交流匯流箱及專用升壓變壓器構(gòu)成。以35kV電壓等級(jí)出線兩回接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。根據(jù)總裝機(jī)容量、傾斜面輻照量、系統(tǒng)效率以及光伏組件標(biāo)稱效率衰減等計(jì)算出光伏電站建成后，25年的年平均發(fā)電量為5552.3萬(wàn)千瓦時(shí)，年等效利用小時(shí)數(shù)1100h，25年總發(fā)電量為13.9億千瓦時(shí)。在滿足年平均發(fā)電量5552.3萬(wàn)千瓦時(shí)，經(jīng)營(yíng)期前三年含稅電價(jià)為1.05元/kWh，中間17年含稅電價(jià)為0.85元/kWh，后5年含稅電價(jià)為0.3644元/kWh的條件下（財(cái)務(wù)計(jì)算指標(biāo)按2016年有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算），通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的清償能力、盈利能力、財(cái)務(wù)生存能力的分析，本工程年發(fā)電利潤(rùn)大于800萬(wàn)。

4 結(jié)論和建議

①火電廠灰場(chǎng)揚(yáng)塵問(wèn)題是我國(guó)火電行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)一直普遍存在且比較嚴(yán)重的一項(xiàng)歷史遺留問(wèn)題。揚(yáng)塵污染的治理是關(guān)系到生態(tài)環(huán)境的改善以及當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚眢w健康的大事，只有采用合理有效的揚(yáng)塵治理手段并謀劃建設(shè)有一定經(jīng)濟(jì)效益的建設(shè)項(xiàng)目才能調(diào)動(dòng)火電企業(yè)治理?yè)P(yáng)塵的積極性，這樣火電廠貯灰場(chǎng)的揚(yáng)塵問(wèn)題才有可能得到根本解決。灰場(chǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目可以對(duì)國(guó)內(nèi)火電企業(yè)灰場(chǎng)綜合利用起到較好的示范作用，對(duì)以后我國(guó)相當(dāng)多的火電廠灰場(chǎng)綜合治理推廣有積極作用。灰場(chǎng)采用固結(jié)劑噴灑法覆蓋以后在表面澆灌固結(jié)面層，防止灰塵飛揚(yáng)，能夠顯著降低灰場(chǎng)附近揚(yáng)塵污染影響。②灰場(chǎng)揚(yáng)塵治理和光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)項(xiàng)目符合國(guó)家環(huán)保政策和可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略，利用灰場(chǎng)土地開(kāi)發(fā)光伏發(fā)電項(xiàng)目能夠顯著降低灰場(chǎng)附近揚(yáng)塵污染影響，提高土地資源綜合利用效率，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)企業(yè)多元化發(fā)展，在帶動(dòng)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)提升、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)方面產(chǎn)生良好效益。