淺析光伏發(fā)電技術(shù)在廢棄礦山中的應(yīng)用

（福建省永安煤業(yè)公司 福建大田 366100）

國(guó)家能源局發(fā)布了《太陽(yáng)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，為了促進(jìn)福建省可再生能源資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，提高可再生能源開(kāi)發(fā)利用水平，加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，減少煤炭等化石能源消耗對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染，在廢棄礦山中建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電站是一種有益的嘗試。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能光伏板方陣、光伏電池組件、直流匯流箱、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等構(gòu)成。

2 在廢棄礦山中應(yīng)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)

2.1 光伏電站環(huán)境監(jiān)測(cè)

在光伏發(fā)電站安裝PC-4環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，采集溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射、雨量、氣壓、光照度、露點(diǎn)等氣象數(shù)據(jù)，為光伏發(fā)電站建設(shè)做好前期數(shù)據(jù)收集。

2.2 太陽(yáng)能資源分析

光伏發(fā)電站項(xiàng)目位于三明市大田縣上京鎮(zhèn)，場(chǎng)址附近無(wú)太陽(yáng)輻射氣象站，距離福州輻射站、建甌輻射站直線距離均在160km左右，輻射數(shù)據(jù)參考性較差。現(xiàn)將參考NASA、Metronorm公布的大田地區(qū)水平面上多年平均日太陽(yáng)輻射照量進(jìn)行比較，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

如表1所示，NASA、Metronorm水平面太陽(yáng)能輻射量基本相同，從工程計(jì)算保守起見(jiàn)，選取兩組數(shù)據(jù)的較小值，即NASA公開(kāi)數(shù)據(jù)作為計(jì)算年發(fā)電量的依據(jù)，全年太陽(yáng)能輻射總量為4769.82MJ/m2。參見(jiàn)表2可知后畬廢棄礦山太陽(yáng)能資源較豐富。

表2 太陽(yáng)能資源豐富程度等級(jí)

后畬廢棄礦山光伏發(fā)電工程項(xiàng)目，屬太陽(yáng)能資源比較豐富的地區(qū)，該工程項(xiàng)目適合開(kāi)發(fā)。

2.3 工程建設(shè)概況

后畬廢棄礦山光伏電站項(xiàng)目總投資3000萬(wàn)元，建設(shè)總體規(guī)劃用地10hm2，總裝機(jī)容量5MW，年發(fā)電量550萬(wàn)kWh。其中，項(xiàng)目一期裝機(jī)容量3.115MW，二期裝機(jī)容量1.885MW。該項(xiàng)目位于大田縣原上京礦務(wù)局后畬煤礦，北緯25°43′36″，東經(jīng)117°41′23″，北高南低，高程 725～775m。從 1979 年礦區(qū)采礦山谷及斜坡人工堆積煤矸石，場(chǎng)地整體呈臺(tái)階狀，同階內(nèi)場(chǎng)地較為平坦，地表主要為礦區(qū)作業(yè)及生活建筑，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目具有較大的價(jià)值。

2.4 電氣設(shè)計(jì)

（1）電氣一次。工程一期項(xiàng)目，電池組件容量3.115MW，共3個(gè)子陣列，包含2個(gè)1MW和1個(gè)1.115MW光伏發(fā)電子陣列，共設(shè)計(jì)3個(gè)逆變器，3臺(tái)升壓變壓器，其中：2臺(tái)1000kVA升壓變壓器和1臺(tái)1250kVA升壓變壓器。

供電接入系統(tǒng)采用10kV電壓等級(jí)，以1回10kV出線T接10kV靈川線，不設(shè)置主變壓器。10kV配電裝置共1回光伏進(jìn)線、1回出線、1回站用變、1回?zé)o功補(bǔ)償裝置，進(jìn)出線回路少，10kV系統(tǒng)采用單母線接線。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)有通信管理機(jī)及測(cè)控柜。10kV設(shè)備、220V直流系統(tǒng)、UPS采用硬接線接入測(cè)控裝置，其他設(shè)備采用通信方式與通信管理機(jī)進(jìn)行連接。

（2）電氣二次。光伏電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍主要有：匯流站區(qū)10kV斷路器、接地開(kāi)關(guān)，母線PT及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備；220V直流系統(tǒng)，100Ah免維護(hù)鉛酸蓄電池，UPS，光伏區(qū)的逆變器和箱變高壓側(cè)斷路器等?？刂婆_(tái)與二次屏位均布置于配電裝置樓內(nèi)的二次設(shè)備間，不設(shè)置單獨(dú)的控制室。

2.5 土建工程設(shè)計(jì)

土建工程的范圍為光伏電站圍柵內(nèi)所有土建設(shè)施，地面光伏組件采用11×2塊/組串布置，光伏組件固定傾角21°，光伏組件最低點(diǎn)距離地面300～500mm。支架采用傳統(tǒng)雙立柱結(jié)構(gòu)型式，支架前后立柱間距約2m，沿組串方向每榀支架間距約3m。每塊組件下設(shè)2根縱向鋼次梁沿組串方向通長(zhǎng)布置，采用鋁合金壓塊固定組件于鋼次梁，鋼次梁采用螺栓與支架斜橫梁連接，螺栓連接均為絞接。支架應(yīng)滿足基本風(fēng)壓0.35kN/m2條件下承載力、穩(wěn)定性及變形的要求。組件支架前后立柱的柱腳采用U型螺栓與基礎(chǔ)頂面連接。

獨(dú)立基礎(chǔ)布置：支架前后立柱間距約2m，每榀支架間距3m，每全柱腳設(shè)1獨(dú)立基礎(chǔ)，每個(gè)組串共8個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)。基礎(chǔ)落在人工堆積煤矸石層，地基土承載力特征值fak=180-200kPa。獨(dú)立基礎(chǔ)施工工藝簡(jiǎn)單，要求光伏場(chǎng)地比較平整，盡量減少場(chǎng)地高低起伏。地面光伏組串?dāng)?shù)量515組，獨(dú)立基礎(chǔ)鋼筋砼用量約1350m3。

2.6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）工程靜態(tài)投資：2231.85 萬(wàn)元。

（2）多晶硅和單晶硅電池組件數(shù)量：11330塊。

（3）1MW/1.25MW集中式逆變器：2/1臺(tái)。

（4）平均年發(fā)電量：307.448 萬(wàn) kWh。

（5）投資回收期：10.51a。

（6）項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率（稅前）：7.79%。

（7）上網(wǎng)電價(jià)前20年按0.85元/kWh，后5年按脫硫標(biāo)桿電價(jià)。

光伏電站項(xiàng)目2017年8月開(kāi)始建設(shè)，于2017年12月29日投產(chǎn)，一期項(xiàng)目實(shí)際總投資2021.3萬(wàn)元。2018年4月至2019年4月，年發(fā)電量達(dá)355.63萬(wàn)kW，年光照發(fā)電利用小時(shí)數(shù)達(dá)1141.67h，比可研報(bào)告年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)986.75h，超過(guò)87.26h，預(yù)計(jì)8年就可收回投資成本，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.7 項(xiàng)目建設(shè)的意義

（1）改善生態(tài)，保護(hù)環(huán)境的需要。太陽(yáng)能是清潔的、可再生的能源，每年可替代標(biāo)煤約0.097萬(wàn)t，減少灰渣產(chǎn)生量約0.02萬(wàn) t，減排 SO2約 1.45t，NOx 約 1.32t，CO2約 0.20 萬(wàn) t，環(huán)境效益明顯。

（2）促進(jìn)能源電力結(jié)構(gòu)調(diào)整。我省傳統(tǒng)火力發(fā)電企業(yè)占比大，對(duì)改善電力資產(chǎn)結(jié)構(gòu)，響應(yīng)并支持國(guó)家政策具有重要的意義。

（3）對(duì)煤礦企業(yè)尾礦利用起到良好的示范作用。作為我省首個(gè)利用廢棄礦山建設(shè)的光伏電站，有利于對(duì)同類型煤礦進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，起到良好的示范作用。

3 結(jié)語(yǔ)

習(xí)總書(shū)記提出“綠水青山就是金山銀山”，現(xiàn)階段，我省大力開(kāi)展礦山生態(tài)修復(fù)探究工作，對(duì)礦山區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，提高人民生活水平獲得感，具有十分重要的意義。我司在治理改造廢棄礦山再利用，把不毛之地打造成為全省的廢棄礦山修復(fù)示范點(diǎn)，真正做到了礦山廢棄地的二次利用。該工程項(xiàng)目可替代標(biāo)煤約2.46萬(wàn)t，減少灰渣產(chǎn)生量約 2.04 萬(wàn) t，減排 SO2約 2250t、NOx 約 1125t、CO2約 2.04 萬(wàn) t。發(fā)展前景廣，運(yùn)營(yíng)成本低，經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益明顯，適用于國(guó)內(nèi)大部分廢棄礦山。廢棄礦山光伏發(fā)電為實(shí)現(xiàn)資源再利用的理念做了有益的嘗試和探索，對(duì)我省礦山環(huán)境修復(fù)和可持續(xù)發(fā)展具有重要的借鑒意義。