能源新發(fā)展理念下廣西區(qū)內(nèi)光伏電站設(shè)計思路探析

羅金庫

(中國能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計研究院有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

近年來，為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。太陽能發(fā)電通過規(guī)?；陌l(fā)展促進(jìn)了制造成本、建設(shè)成本的不斷降低，其電價的競爭優(yōu)勢在不斷顯現(xiàn)。

由于光伏電站單位容量占用土地面積大，因此，隨著光伏發(fā)電裝機(jī)容量不斷上升，光伏電站面臨的土地資源制約將越來越明顯。特別對于地屬喀斯特地貌的地區(qū)，地形地貌復(fù)雜多變，可利用土地資源非常有限，且廣西區(qū)內(nèi)光伏電站的開發(fā)多以地面光伏為主[1]，土地資源更加緊缺，因此為順應(yīng)碳達(dá)峰碳中和新理念下能源發(fā)展的新形式，本文以節(jié)約用地為原則，以工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)為依托，對廣西區(qū)內(nèi)光伏發(fā)電項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計進(jìn)行探析，以尋求更為實(shí)際和節(jié)約土地的開發(fā)設(shè)計思路。

1 自然資源條件

1.1 太陽能資源條件

廣西位于中國最南部，各地年太陽總輻射為3 682.2～5 642.8 MJ/m2，根據(jù)太陽能資源區(qū)劃指標(biāo)，廣西可以劃為太陽能資源很豐富區(qū)、資源豐富區(qū)(包括一級資源豐富區(qū)、二級資源豐富區(qū)和三級資源豐富區(qū))、資源一般區(qū)，具體區(qū)分細(xì)節(jié)如圖1所示、表1所列。

表1 廣西太陽能資源區(qū)劃指標(biāo)

圖1 廣西太陽能資源區(qū)劃圖

因此，根據(jù)廣西太陽總輻射及日照小時數(shù)分布特點(diǎn)分析，廣西區(qū)內(nèi)太陽能資源條件優(yōu)劣態(tài)勢由南部向北部逐漸降低。

1.2 土地資源條件

廣西地屬喀斯特地貌，地形復(fù)雜多變，基本呈山多地少，灘涂及水面區(qū)域用地也極為有限。根據(jù)2021年10月廣西第三次全國國土調(diào)查主要地類數(shù)據(jù)公布顯示，廣西區(qū)內(nèi)各地類數(shù)據(jù)如見表2所列。

表2 廣西各地類三調(diào)數(shù)據(jù)表

2 廣西區(qū)內(nèi)光伏項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)

2.1 光伏發(fā)電用地屬性

根據(jù)光伏發(fā)電項(xiàng)目的特點(diǎn)，符合政策要求的可作為光伏項(xiàng)目建設(shè)條件的用地屬性主要為：一般農(nóng)用地、園林地、未利用地、灘涂地、裸地、坑塘、水面、工礦用地、其他草地、無立木林地及宜林荒山荒地[2]。所有用地均不能壓礦、不占用軍事基地、不占用文物保護(hù)區(qū)、不能占用水源保護(hù)區(qū)范圍、不能占用生態(tài)紅線范圍等，必須符合當(dāng)?shù)卣?guī)劃范圍，滿足地方政策要求等。在前期規(guī)劃過程中，擬用土地性質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格滿足國家土地規(guī)劃要求，同時應(yīng)嚴(yán)格遵照《光伏發(fā)電站工程項(xiàng)目用地控制指標(biāo)》執(zhí)行，見表3所列。

表3 光伏發(fā)電可利用土地清單表

2.2 光伏項(xiàng)目的發(fā)展類型

廣西地屬喀斯特地貌，地形條件復(fù)雜、地勢高低起伏、朝向各異、地形變化無規(guī)律、可使用面積不規(guī)則、地貌以巖石或巖石與土質(zhì)混合為主。順應(yīng)市場發(fā)展，在廣西區(qū)內(nèi)建設(shè)的光伏項(xiàng)目基本為屋面光伏、水面光伏及地面光伏，其中受地形條件限制，廣西區(qū)內(nèi)光伏發(fā)電站的發(fā)展占主導(dǎo)地位是地面光伏。支架選型主要以平單軸和固定傾角為主，與實(shí)際地形相結(jié)合。

3 實(shí)際工程中面臨的問題及應(yīng)對構(gòu)思

3.1 實(shí)際工程中面臨的問題

隨著光伏電站規(guī)劃建設(shè)逐年增加，廣西區(qū)內(nèi)日照好、地勢平坦、建設(shè)條件好的土地資源日趨減少。從前期規(guī)劃選址、在建的或者已投產(chǎn)的山地光伏項(xiàng)目分析，山地光伏發(fā)電項(xiàng)目開發(fā)面臨的問題，主要總結(jié)出以下幾點(diǎn)：

1)山地地形坡度陡，光伏建設(shè)成本高，施工難度大，交通條件差，為滿足組件、箱變及其他設(shè)備運(yùn)輸需要加大道路改擴(kuò)建的投資。為滿足施工要求，目前的開發(fā)條件山體坡面角度在35°以下的范圍。

2)山體不規(guī)則變化導(dǎo)致土地利用率不高。由于山體地形的變化及朝向的不規(guī)則，陰面的山體或受山體遮擋的陽面的山體不能作為項(xiàng)目開發(fā)用地。根據(jù)現(xiàn)有項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析，項(xiàng)目申報用地范圍及實(shí)際可用用地范圍相差很大，實(shí)際利用率較小。實(shí)際山地光伏項(xiàng)目用地數(shù)據(jù)分析表見表4所列。

表4 實(shí)際山地光伏項(xiàng)目用地數(shù)據(jù)分析表

3)項(xiàng)目用地分散不連片。開發(fā)建設(shè)光伏項(xiàng)目為符合用地屬性的同時還要滿足光照條件及施工條件的要求，同一個項(xiàng)目用地會由幾個甚至幾十個小地塊組成才能滿足項(xiàng)目容量要求。各地塊之間的距離從數(shù)百米至數(shù)千米不等，既增加施工難度，又增加站內(nèi)線路的投資成本。某項(xiàng)目用地地塊分布如圖2所示。

圖2 某項(xiàng)目用地地塊分布圖

4)土地資源緊缺，有限的土地資源無法承受大規(guī)模的持續(xù)發(fā)展?？偨Y(jié)以往設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)1 MW山地光伏占地面積約為20畝，廣西山地多平地少、林地多耕地少、人多地少，是大力持續(xù)發(fā)展光伏發(fā)電項(xiàng)目受限的一致命因素，很多符合用地屬性的宜林荒山荒地和無立木林地，根據(jù)現(xiàn)場條件分析又不能滿足施工條件等，因此可供開發(fā)利用的土地較少。而從廣西近幾年光伏發(fā)電站的發(fā)展來看，已投產(chǎn)的、在建的以及2021年已經(jīng)審批下達(dá)的指標(biāo)總?cè)萘繛? 320.2萬kW，即23 202 MW，需要的滿足建設(shè)光伏發(fā)電站的土地面積為464 040畝。

3.2 應(yīng)對的開發(fā)設(shè)計構(gòu)思

3.2.1 充分利用閑置土地作為開發(fā)場地

閑置土地是指不能另作他用的、荒棄的、土地性質(zhì)又符合建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目的土地。

1)利用閑置灰場?；覉鲎鳛槿济弘娬颈夭豢缮俚囊徊糠?，占地面積大，場地適當(dāng)處理可作為光伏發(fā)電項(xiàng)目的場址。光伏電站建成后可可有效緩解地方電網(wǎng)的供需矛盾，優(yōu)化系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)，減輕環(huán)保壓力，同時利用閑置灰場回填地面，提高土地的綜合效益，實(shí)現(xiàn)科技高效的循環(huán)利用，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

在建某光伏項(xiàng)目利用廣西區(qū)內(nèi)某燃煤發(fā)電廠閑置灰場作為開發(fā)場地，灰場總占地面積約1 700畝，項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模80 MW。場地覆土回填處理后地勢平坦，交通便利，不受地形坡度朝向影響，場地利用率高。

2)利用高速公路、鐵路高邊坡及交通樞紐區(qū)域場地。與高速公路、鐵路高填高挖區(qū)域的邊坡相結(jié)合以及高速公路樞紐區(qū)域作為光伏發(fā)電站址。主要利用東西向的高速公路、鐵路線，這樣的規(guī)劃線路中高填挖邊坡才會有朝南向的邊坡，提高光伏利用效率。由于組件朝正南，太陽垂直照射，組件反射對該方向線路過往車輛的安全駕駛基本無影響。各線路銜接樞紐處占地較大且相對平坦，亦可作為光伏項(xiàng)目建設(shè)用地，避免土地資源浪費(fèi)。

根據(jù)廣西區(qū)內(nèi)交通規(guī)劃圖分析，廣西區(qū)內(nèi)東西向高速公路分布主要有5條，總長度約2 700 km。東西向鐵路分布主干線為4條，總長度約2 100 km。依據(jù)廣西區(qū)內(nèi)喀斯特地貌的特征，高速公路、鐵路的布置形式主要為穿山、架橋及高填挖區(qū)域共3部分組成。從整體分布上分析，高填挖區(qū)域至少占總線路的1/3，即高速公路高填挖區(qū)占900 km，鐵路高填挖區(qū)占700 km，邊坡寬度取平均值20 m，并考慮其中的1/3高填挖段受北坡影響后計算，廣西區(qū)域高速公路、鐵路邊坡可作為光伏項(xiàng)目開發(fā)場地的用地面積至少約為2 100公頃，即約31 500 hm2。結(jié)合邊坡合理緊密布置，1 MW需要20畝土地計算，可開發(fā)1 575 MW容量的光伏電站。

3)利用尾礦區(qū)閑置土地。采礦區(qū)具有占地面積大、地形地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)。而廣西區(qū)內(nèi)礦區(qū)相對較多，大部分已劃定范圍或已經(jīng)開采，尾礦區(qū)作為已開采的部分，地形地貌已被嚴(yán)重破壞，特殊的地貌既不能作為農(nóng)作物種植，被破壞的地質(zhì)條件也不能作為其他建設(shè)項(xiàng)目開發(fā)。因此大量的閑置尾礦區(qū)，如能稍微處理，作為光伏項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)場地是非常合適的。

尾礦區(qū)作為光伏項(xiàng)目開發(fā)場地，首先用地性質(zhì)符合，其次光照條件好，周邊無高山遮擋，尾礦區(qū)基本是已開挖平坦的山體。但是開挖較多，坑洼地帶較多，地質(zhì)條件不穩(wěn)定，開發(fā)時需對場地進(jìn)行處理，深凹地段及松散地帶需要回填壓實(shí)等處理。

3.2.2 利用淹沒區(qū)、河道作為開發(fā)場地

廣西屬亞熱帶季風(fēng)氣候和熱帶季風(fēng)氣候，河流分屬四大水系，即珠江流域西江水系，長江流域湘江、資江水系，紅河流域百都河水系，桂南沿海諸河水系，分別流向4個方向，廣西全年雨水充裕。而受噶斯特地貌限制，在雨季會出現(xiàn)河面水位上漲、部分區(qū)域由于雨水排不出而出現(xiàn)長時間淹沒等現(xiàn)象。這些淹沒區(qū)地勢平坦，在雨季基本無法耕作，利用價值不高，土地性質(zhì)符合光伏項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)要求時可充分利用，設(shè)計時支架高度要高于最高水位的要求。

廣西區(qū)內(nèi)沖溝、小河道較多，這些土地既不屬于基本農(nóng)田范圍，也不涉及生態(tài)紅線等敏感性因素，在不涉及水源保護(hù)地、滿足正常通航等前提下，可作為光伏項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)。這類場地選址時可選河道或沖溝較寬、周邊物遮擋、交通便利等區(qū)域，河寬100 m，長10 km基本可作為開發(fā)一個較大容量的光伏項(xiàng)目。

3.2.3 大力發(fā)展屋面光伏

1)與機(jī)場結(jié)合，在不影響機(jī)場正常運(yùn)行情況下，利用機(jī)場建(構(gòu))筑物屋面及機(jī)場周邊的邊坡相結(jié)合作為光伏項(xiàng)目建設(shè)場地。機(jī)場場址一般選擇在開闊且平坦的區(qū)域，光照條件良好，不受外圍高大建筑物遮擋，且機(jī)場建(構(gòu))筑物屋面開闊、場外邊坡高、占地面積大、且場外用地受限，因此能滿足開發(fā)建設(shè)大型光伏發(fā)電項(xiàng)目。由于一般的光伏組件反光對機(jī)場通航有影響，在機(jī)場周邊及屋面大面積鋪設(shè)光伏組件，會極大地影響機(jī)場正常運(yùn)行及通航安全。因此，為既能有效利用機(jī)場大面積的屋面，又能完全避免光伏組件反射光對通航安全的影響，可從兩方面優(yōu)化：一方面根據(jù)當(dāng)?shù)睾娇請蟾娴囊螅侠碓O(shè)置組件傾角，避免光伏組件反射光影響通航；另一方面增加組件成本，采用反射率更低的組件。兩方面均能避免組件反射對通航安全的影響，但光伏發(fā)電效率會下降，成本會增加。

2)各個地方工業(yè)產(chǎn)業(yè)多元化滲透。因此各個地方工業(yè)企業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等生產(chǎn)廠房崛地而起，區(qū)域分布、規(guī)整連片。這些廠房占用大量的土地。為綜合利用土地資源、節(jié)約每一寸土地，可從空間上使土地多元化、多能化發(fā)展。如結(jié)合工業(yè)廠房、農(nóng)業(yè)大棚、畜牧業(yè)大棚等的屋面開發(fā)建設(shè)光伏。

3.2.4 轉(zhuǎn)變觀念，創(chuàng)新形式

作為廣西區(qū)內(nèi)的山地光伏，傳統(tǒng)的形式是選擇場地滿足施工要求為前提，即地形自然坡度為35°以下的范圍。要充分利用合規(guī)的土地，以大力發(fā)展光伏項(xiàng)目，必須轉(zhuǎn)變觀念，從結(jié)構(gòu)上、形式上轉(zhuǎn)變思路。有效利用自然坡度在35°～60°的部分。如采用梯田式布置方案，對于南向坡坡度較大，施工難度大，但面積較大、坡面較統(tǒng)一的山體，可適當(dāng)增加投資，改變地形條件，比如等間距的平行橫向挖2 m寬的臺階，以滿足打樁機(jī)工作面，預(yù)留機(jī)械退場的通道，即可作為光伏項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)。該布置形式增加土方開挖量、余土運(yùn)輸、余土堆場及設(shè)備運(yùn)輸?shù)某杀尽?/p>

對于坡度較陡的東西兩方向和地面起伏較大、坑洼較多的地帶，可采用柔性支架的形式，從支架形式上創(chuàng)新，更充分利用土地資源，減少土地浪費(fèi)。但柔性支架成本更高，對于目前的發(fā)展局勢，柔性支架技術(shù)的不斷成熟，在廣西區(qū)內(nèi)的發(fā)展應(yīng)該會更為普遍。柔性支架布置現(xiàn)狀如圖3所示。

圖3 柔性支架布置現(xiàn)狀

4 結(jié)語

本文針對廣西區(qū)內(nèi)光伏項(xiàng)目的開發(fā)情況及發(fā)展趨勢，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目用地情況及廣西土地資源情況進(jìn)行分析，點(diǎn)明了光伏項(xiàng)目開發(fā)對土地資源的依賴性問題?？偨Y(jié)了現(xiàn)有項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，開拓創(chuàng)新，對開發(fā)光伏電站如何節(jié)約土地、合理利用土地的問題上提出一些應(yīng)對構(gòu)思。