电厂灰场区建设太阳能光伏电站的应用研究

刘艳梅 陈永恒

摘 要： 随着能源危机的不断加深，建筑能耗显著增长，光伏产品在市场应用中不断推广， 我国的光伏发电规模建设也进入到快速发展时期。但光伏电站占地面积大，对局部生态环境及自然景观等方面产生影响。为此，必须合理选择太阳能光伏电站的建设地址。在电厂灰场上建设光伏电站是推动节能减排、实现经济可持续发展的有效手段。

关键词： 电厂灰场区建设;太阳能光伏电站;工程概况

我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。近年来，我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，为解决这些问题，燃煤电厂一般都需要修建贮灰场。为积极落实国家關于节能减排的政策，燃煤电厂正在逐步将湿排灰改造为干排灰，这样就会出现很多闲置的贮灰场。太阳能是清洁的、可再生的能源。利用光伏电池将光能直接转化为电能的光伏发电，具有不需要燃料、环境友好、无转动部件、维护简单、由模块组成、功率可大可小等突出优点。因此太阳能光伏发电作为重要的可再生能源形式，在发电产业快速发展。随着光伏电站的大量建设，土地资源也越来越紧缺，而中国存在很多电厂灰场有待二次开发利用。如能将二者结合，则既能解决光伏发电的用地问题，也可以实现电厂灰场的再利用。

一、太阳能光伏电站运行特点分析

人类的生存与发展，离不开能源的支持。石油、煤炭等传统能源紧张问题日渐凸显，严重限制了人类文明的发展，已经成为全世界人们共同面对的难题。为妥善解决能源紧张问题，各国都下大力气进行新型能源的开发研究工作。太阳能光伏发电具有高效、环保、清洁、绿色、可再生的特点。太阳能光伏发电是利用光伏电池吸收太阳辐射能，将之直接转换为电能的发电技术。我国太阳能光伏发电事业起步较晚，经过几年的发展，也取得了阶段性成效，是我国新型清洁能源产业中的中坚力量。光伏电站运行特点如下：

1、周期性、间歇性、随机性

光伏电站吸收太阳光能并将之转换为电能，这个运作机理决定了光伏发电效率必然受到太阳光辐射变化的影响。太阳光辐射有其自然规律，太阳光辐射强度呈现出由低到高，再由高到低的周期性特点，太阳能光伏电站的发电效率也随之呈现出对应的周期变化。天气变化导致太阳能辐照度变化，从而影响光伏电站发电效率，这些都说明光伏电站具有随机性和间歇性。光伏电站出力的间歇性和随机性会导致电压波动、闪变等电能质量问题，是电网安全运行的重要风险因素。上述因素都必须在进行大型并网光伏电站二次系统设计予以充分考虑。

2、静止发电性

太阳能光伏发动属于静止型发电，电站所用设备中不包含旋转部件，部件损耗速度慢，维护、保养难度和成本较低，在进行电气二次系统设计时可以按照有人值守、无人值班模式进行设计。

3、场地偏远性

太阳能光伏发电以太阳能为基础能源，在太阳能电站建设项目选址时就倾向于选择光照强度高、日照时间长、太阳能资源丰富的地区，我国大型并网光伏电站多在西北、华北及华南等地，这些地方不仅光照条件好，而且土地资源丰富，大量荒漠和滩涂地区非常适合建设土地需要量很大的太阳能光伏电站。由于这些地方地广人稀，地处偏远，在设计光伏发电站控制方式时多采用远程监控或集中监控模式。

二、工程概况

本光伏电站场址现状为冲积的灰，共装设270W光伏组件66572块，容量为17.97444MW，本期一次建成。本光伏场区共分两部分：空地部分和坝体部分。光伏电站每1MW光伏发电单元经逆变器转变为交流电后，通过1台1000kV·A箱式升压变压器，将电压升至35kV;若干个光伏发电单元并联后，通过35kV集电线路接入汇至35kv开关站。380V/220V所用电接线：采用单母线万式。开关站的备用电源引自本期35kV母线，站用工作电源引自6kV外接电源，两路通过双电源切换装置互为备用。

三、电厂灰场区建设太阳能光伏电站的应用

1、电池组件方阵设置

本工程共装设270W光伏组件66572块，容量为17.97444MW。本工程两种布置方式，灰场内为支架式，坝上为平铺式。支架式南北净间距为4.5m，东西净间距为0.2m。每1MW布置178个光伏阵列，每组光伏阵列布置22块太阳能电池板。共布置14个单元，共布置2492个支架，灰场内布置容量为14.80248MW;平铺式光伏组件串的南北净间距为0.5m，东西净间距为0.2m，每1MW布置178个光伏组件，每组光伏组件串布置22块太阳能电池板，共布置534个支架，容量为3.17196Mw。

2、竖向设置

由于场址内地形局部高差较大，对地形进行局部场平，不进行大面积平整，灰场场区西侧及西南侧地势较低，现状为水塘，根据水文资料显示，水塘现状条件下三十年一遇设计洪水位为312.5m。光伏场区西部偏南部分区域地面高程较低，将受水塘三十年一遇洪水淹影响，局部最大淹没深度约1.5m淹没面积约为65615m2，场区西北侧有高台需场平，最大高差为5.1m，面积约为53470m2光伏场区平整量为挖方222470 m3，填方为222470m3;施工临建处场平为挖方3000 m3，填方为3000 m3。

3、站区道路设置

本工程进场道路沿用灰场的道路。站内道路宽度为3.5m。道路采用砂石路面，路基在原地面基础上整平夯实。道路的纵向坡度结合地形设计，横向坡度为1.5%，满足设备运输及运行管理的需要。沿道路设置排水沟。站区围栏采用铁丝网围栏，高度为1.8m。

4、支架布设

光伏发电工程支架基础工程量在整个工程造价中占较大比重，基础选型直接影响工程投资、施工组织和施工工期。在满足规范要求的前提下，支架基础优化方案成为光伏工程土建部分的重点课题。本工程光伏区拟建场地包括：电厂灰场坝上、电厂灰场内。

（1）坝上光伏支架基础设计理念首先要保证对坝体不造成影响和破坏，通过对目前光伏行业常用光伏支架基础形式的分析，除配重式基础外，其它基础形式均对基础持力层产生不同程度的影响，因此，针对灰场坝上的光伏支架基础采用钢筋混凝土条形基础方案;

（2）针对位于灰场内的光伏支架基础，根据地质情况，灰场内地基土主要为粉煤灰。地基承载力特征值f=60kPa由于粉煤灰层承载力较低且对混凝土结构具中等腐蚀性、对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性，根据地质情况，光伏支架基础通常情况下可采用预应力混凝土管桩基础等形式。

四、结束语

综上所述，以太阳能为代表的新型清洁能源是未来能源产业的主流发展方向。我国是能源利用大国，同时具有丰富的太阳能光伏资源，发展太阳能光伏产业的条件和需求同时具备。在电厂灰场区建设太阳能光伏电站，不仅能够解决光伏电站用地问题，还能大力发展太阳能光伏发电，缓解我国能源紧张的局势，大幅降低煤炭、石油等传统能源消耗，减少环境污染，提高环境质量，对于我国具有中国特色的社会主义建设事业健康稳步发展有十分重要的积极意义。

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