李 貝 蘇成華 付文輝

（東汽投資發(fā)展有限公司， 四川 德陽， 618000）

大型地面光伏電站選址研究

李 貝 蘇成華 付文輝

（東汽投資發(fā)展有限公司， 四川 德陽， 618000）

大型地面光伏電站主要選擇太陽能資源豐富地區(qū)的沙漠、戈壁、荒地等非耕用土地進(jìn)行電站建設(shè)，另外需考慮大氣質(zhì)量、風(fēng)速、水文、地質(zhì)、電力輸送等因素的影響。文章從實際工程建設(shè)的角度對大型地面光伏電站的選址需考慮的問題進(jìn)行了分析研究。

大型地面光伏電站；選址；日照資源；合理性

0 引言

可再生能源 “十二五”規(guī)劃確定了主要可再生能源行業(yè) “十二五” 期末的發(fā)展目標(biāo)， 其中光伏發(fā)電裝機(jī)目標(biāo)為 5GW。 光伏發(fā)電系統(tǒng)按照裝機(jī)容量的大小可分為下列三種系統(tǒng):小型光伏發(fā)電系統(tǒng): 小于等于 1MWp； 中型光伏發(fā)電系統(tǒng): 大于 1MWp 和小于等于 30 MWp； 大型光伏發(fā)電系統(tǒng): 大于 30MWp。 目前， 中型光伏發(fā)電系統(tǒng)和大型光伏發(fā)電系統(tǒng)均為地面電站。

大型地面光伏電站的建設(shè)對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境，減少溫室氣體排放、節(jié)約能源都有極為重要的意義。合理選址對促進(jìn)我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的開發(fā)與利用，推進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有非常深遠(yuǎn)的影響。

1 大型地面光伏電站選址工作內(nèi)容

大形地面光伏電站的選址工作分為兩個階段:項目預(yù)可行性研究階段的選址工作和項目可行性研究階段的選址工作。項目選址獲得審查批復(fù)后，選址工作完成，進(jìn)入初步設(shè)計階段。

大形地面光伏電站在預(yù)可行性研究階段的選址工作主要是對具體的選址區(qū)域進(jìn)行基本評估，確定是否存在地質(zhì)災(zāi)害、明顯的陽光遮擋、不可克服的工程障礙、土地使用價格超概算等導(dǎo)致選址不適合建設(shè)光伏電站的重大影響因素；針對選址的初步勘測結(jié)果規(guī)劃裝機(jī)容量、提出方案設(shè)想；對所提方案進(jìn)行實施估算和經(jīng)濟(jì)性評價。因此，預(yù)可行性研究階段需要對選址場地進(jìn)行地形測繪和巖土初勘，但并不需要對方案進(jìn)行圖紙設(shè)計。

可行性研究階段的選址工作，可認(rèn)為是對于可行性研究時的選址工作的論證，包括項目對環(huán)境的影響評價、水土保持方案、地質(zhì)災(zāi)害論證、壓覆礦產(chǎn)和文物情況的論證等選址咨詢工作，該階段需要對選址進(jìn)行土地詳勘，并對方案設(shè)想進(jìn)行設(shè)計計算、提供相應(yīng)圖紙，為項目實施方案作出投資概算和經(jīng)濟(jì)性評價。

2 大型地面光伏電站選址基本要求

大型地面光伏電站的站址選擇應(yīng)根據(jù)國家可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃、地區(qū)自然條件、太陽能資源、交通運輸、接入電網(wǎng)、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、其他設(shè)施等因素全面考慮；在選址工作中，應(yīng)從全局出發(fā)，正確處理與相鄰農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)、工礦企業(yè)、城市規(guī)劃、國防設(shè)施和人民生活等各方面的關(guān)系。

大型地面光伏發(fā)電站選址時，應(yīng)研究電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電力負(fù)荷、交通、運輸、環(huán)境保護(hù)要求、出線走廊、地質(zhì)、地震、地形、水文、氣象、占地拆遷、施工，以及周圍工礦企業(yè)對電站的影響等條件，擬訂初步方案，通過全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和經(jīng)濟(jì)效益分析，提出論證和評價。當(dāng)有多個候選站址時，應(yīng)提出推薦站址的排序。

站址場地標(biāo)高應(yīng)滿足與光伏發(fā)電站等級相對應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn) （見表1）。 對于站內(nèi)地面低于上述高水位的區(qū)域，應(yīng)有防洪設(shè)施。防排洪設(shè)施宜在首期工程中按規(guī)劃容量統(tǒng)一規(guī)劃，分期實施。

表1 光伏發(fā)電站的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)

大型地面光伏電站站址宜選擇在地勢平坦的地區(qū)或北高南低的坡度地區(qū)。應(yīng)避開周邊障礙物對光伏電池組件的遮擋，避開空氣經(jīng)常受懸浮物嚴(yán)重污染的地區(qū)，避開地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，如有危巖、泥石流、巖溶發(fā)育、滑坡的地段和地震斷裂帶等。應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性評估，綜合評價地質(zhì)災(zāi)害危險性的程度，提出建設(shè)站址適宜性的評價意見，采取相應(yīng)的防范措施。大型地面光伏電站宜建在地震基本烈度為9度及以下地區(qū)，對于9度以上地區(qū)建站應(yīng)進(jìn)行地震安全性評價。光伏發(fā)電站站址應(yīng)避讓重點保護(hù)的文化遺址，不應(yīng)設(shè)在有開采價值的露天礦藏或地下淺層礦區(qū)上。

若站址地下深層壓有文物、礦藏時，除應(yīng)取得文物、礦藏有關(guān)部門同意的文件外，還應(yīng)對站址在文物和礦藏開挖后的安全性進(jìn)行評估。大型地面光伏電站站址選擇應(yīng)利用非可耕地和劣地，不破壞原有水系，做好植被保護(hù)，減少土石方開挖量。應(yīng)節(jié)約用地，減少房屋拆遷和人口遷移。光伏發(fā)電站站址選擇應(yīng)充分考慮電站達(dá)到規(guī)劃容量時接入電力系統(tǒng)的出線走廊。

在條件合適時，可在風(fēng)電場內(nèi)建設(shè)光伏發(fā)電站。

3 影響大型地面光伏電站選址的主要因素

3.1 日照資源

在中國廣闊富饒的土地上，有著十分豐富的太陽能資源。從中國太陽年輻射總量的分布來看，西藏、青海、新疆、寧夏南部、甘肅、內(nèi)蒙古南部、山西北部、陜西北部、遼寧、河北東南部、山東東南部、河南東南部、吉林西部、云南中部和西南部、廣東東南部、福建東南部、海南島東部和西部以及臺灣省的西南部等廣大地區(qū)的太陽輻射總量很大。尤其是青藏高原地區(qū)最大，這里平均海拔高度在 4000m 以上， 大氣層薄而清潔，透明度好，緯度低，日照時間長。

按接受太陽能輻射量的大小，全國大致上可分為五類地區(qū)，中國太陽能資源分布如圖1所示，表2是中國太陽能資源分布表。

圖1 中國太陽能資源分布圖

表2 中國太陽能資源分布表

一、 二、 三類地區(qū)， 年日照時數(shù)大于 2000h，輻射 總量高于 5000MJ/m2·a， 是 我國太陽 能資源豐富或較豐富的地區(qū)，面積較大，約占全國總面積的 2/3 以上， 具有利用太陽能的良好條件。 四、五類地區(qū)雖然太陽能資源條件較差，但仍有一定的利用價值。

大型地面光伏電站選在太陽能資源豐富的一、二類地區(qū)， 一般選取當(dāng)?shù)刈罱?8～10a 的太陽能輻射總量年平均值，作為光伏發(fā)電項目選址的依據(jù)，在計算太陽能光伏電站的發(fā)電量時都采用峰值日照時數(shù)作為參考。

峰值日照時數(shù)，將當(dāng)?shù)氐奶栞椪樟空鬯愠蓸?biāo)準(zhǔn)測試條件 （輻照度 1000W/m2） 下的小時數(shù)。

峰值日照時數(shù)計算方法

Tp=Q/(1000W/m2)

式中:Tp是一段時間的峰值日照時數(shù)， Q 是一段時間的總輻射曝輻量， 1000W/m2指的是太陽電池的標(biāo)準(zhǔn)光源測試條件；Q在氣象站的測量單位 是 MJ/m2， 計 算 中 首 先 將 其 轉(zhuǎn) 換 為 kW·h/ m2， 1kW·h/m2=3.6MJ/m2。

參照國家標(biāo)準(zhǔn) 《光伏并網(wǎng)電站太陽能資源評估規(guī)范》中太陽能資源評估的參考判據(jù)，以日峰值日照時數(shù)為指標(biāo)，進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電適宜程度評估，等級見表3。

表3 水平面日峰值日照時數(shù)等級

3.2 大氣因素

大氣質(zhì)量因素包括:空氣透明度、空氣內(nèi)懸浮塵埃的量及物理特性、鹽霧等具有腐蝕性的因素。

（1） 空氣透明度因素有可能存在以下情況:當(dāng)?shù)厝照蛰椛淇偭恐幸蚩諝馔该鞫鹊投鴮?dǎo)致反射光和散射光占日照輻射總量的比例較大，從而影響光伏發(fā)電組件種類的選擇，如不考慮此因素，則易導(dǎo)致晶體硅和非晶硅組件選擇的不合理，從而增加了投資與收益的比率，降低了投資的經(jīng)濟(jì)性，從而造成資源和設(shè)備浪費。

（2） 空氣中塵埃量影響該光伏發(fā)電系統(tǒng)在設(shè)計時是否需要考慮清洗用水和清洗頻率。塵埃的物理特性決定組件在運行的過程中是否容易在表面沉積難以清洗的高粘度灰塵層，一旦形成此類灰塵層，組件接受到的光照總量將大幅度降低，從而影響今后長期的系統(tǒng)發(fā)電量。

（3） 空氣中的鹽霧對光伏發(fā)電系統(tǒng)有兩種負(fù)面影響:第一，對金屬支架系統(tǒng)有腐蝕性，容易減少支架的使用壽命，設(shè)計時需要充分考慮防腐措施。第二，鹽霧極易導(dǎo)致組件表面沉積固體鹽分，降低光對組件表面的穿透特性，影響發(fā)電量。鹽霧在沿海地區(qū)常見，在此類地區(qū)進(jìn)行光伏發(fā)電選址，需要考慮鹽霧的應(yīng)對措施。

3.3 其它因素

大型地面光伏電站的選址還需考慮溫度、風(fēng)速、水文、地質(zhì)、電力輸送等因素。例如:溫度影響組件效率、風(fēng)速影響光伏支架的強(qiáng)度、水文影響光伏電站電氣設(shè)計、地質(zhì)影響光伏電站土建、電力輸送影響并網(wǎng)接入等。

光伏組件的工作溫度由環(huán)境溫度、封裝電池組件的特性、照射在組件上的光強(qiáng)及風(fēng)度決定的，當(dāng)風(fēng)速一定時，隨著照射強(qiáng)度的漸增，電池溫度與環(huán)境的溫差值越大。硅太陽能電池輸出功率隨溫度的升高而降低， 溫度每升高 1℃， 太陽能電池的峰值功率損失率約為 0.35%～0.45%， 太陽能電池的性能也隨之嚴(yán)重下降。選址時應(yīng)盡量選擇低溫升的空曠區(qū)域，保證中午太陽強(qiáng)度最大的時候有盡量多的空氣流經(jīng)組件背面，這樣既增加了電池組件的對流傳輸，又防止組件溫度過高。

風(fēng)對大型地面光伏電站的影響主要體現(xiàn)在對組件溫升、物理損壞、磨蝕與降塵等。對支架的影響主要是強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)件的抗疲勞、使用年限等。

水文條件包括:短時最大降雨量、積水深度、洪水水位、排水條件等。上述因素直接影響光伏系統(tǒng)的支架系統(tǒng)、支架基礎(chǔ)的設(shè)計以及電氣設(shè)備安裝高度。

地質(zhì)情況包括:選址地形的朝向、坡度起伏程度、巖壁及溝壑等地表形態(tài)面積占可選址總面積的比例、地質(zhì)災(zāi)害隱患、冬季凍土深度、一定深度地表的巖層結(jié)構(gòu)以及土質(zhì)的化學(xué)特性等。為保證選址的有效性，需對選址進(jìn)行初步地質(zhì)勘測。主要影響包括:

（1） 地形因素影響光伏發(fā)電的組件方陣朝向、陰影遮擋等。

（2） 地表形態(tài)直接影響支架基礎(chǔ)的施工方案，從而影響土建的施工難度和成本。

（3） 塌陷等潛在地質(zhì)災(zāi)害直接影響光伏組件方陣的設(shè)備安全性，

（4） 我國北方地區(qū)存在冬季凍土的現(xiàn)象。 凍土層的深度、上凍和解凍特點對組件支架基礎(chǔ)施工方案產(chǎn)生直接影響。

（5） 地表土質(zhì)對混凝土的腐蝕性特性影響所用混凝土種類。

（6） 地質(zhì)情況直接影響支架基礎(chǔ)形式、 強(qiáng)度以及施工方法設(shè)計。

大規(guī)模地面光伏發(fā)電選址地點通常比較偏僻，因此必須考慮該光伏發(fā)電項目的電力輸送條件:電力送出和廠用電線路。如項目選址離可以用來接入電力系統(tǒng)的變電站較遠(yuǎn)，則對項目投資經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生負(fù)面影響的因素有:輸電線路造價高和輸電線路沿線的電量損失。而接入電力系統(tǒng)電壓等級與上述因素直接相關(guān)。因此在選址工作期間，需要與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司 （或供電公司）充分溝通，對列入選址備選地點周邊可用于接入系統(tǒng)的變電站的容量、預(yù)留間隔和電壓等級等進(jìn)行詳細(xì)了解，為將來進(jìn)行項目的接入系統(tǒng)設(shè)計提供詳細(xì)的輸入條件。

4 結(jié)語

大型地面光伏電站的特點是需要較大安裝面積，輸入能量完全依賴自然條件，因此其選址工作對自然條件和基礎(chǔ)設(shè)施條件有較大依賴性，既要考慮項目建設(shè)的交通和電力等基礎(chǔ)設(shè)施條件，又要考慮日照輻射資源、其他氣象條件以及土地資源。在選址階段需要與各職能部門充分溝通，同時還要進(jìn)行一定的直接測量和自然資源數(shù)據(jù)的收集分析等工作。確定選址的原則是使項目建設(shè)在各類條件上都具備可行性，考慮合理的能源回收期以及投資收益，使得項目既取得符合可再生能源發(fā)展初衷所要求的環(huán)保、社會效益，又為項目的投資經(jīng)濟(jì)性提供優(yōu)越條件，這也是有利于可再生能源長久發(fā)展的重要推動因素。

[1] 李忠實.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計施工與維護(hù).人民郵電出版社， 2011

[2] 朱鵬,等.大型地面光伏項目站址選擇所需考慮的問題. 2011

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Study on the Site Selection of Large G round PV Power Plant

Li Bei， Su Chenghua， Fu Wenhui
（Dongqi Investment&Development Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

The large ground PV pow er station mainly takesenergy resource rich areasof desert,Gobi,land,farm ing land for pow er plant construction,in addition to the influerce considered of air quality,speed,hydrology,geology,electric power and other factors. The problems considered are analyzed from the engineering perspective on large ground PV power plant site selection.

large ground PV power station,site selection,sunshine resources,reasonable

李貝 （1985-）， 工學(xué)學(xué)士， 畢業(yè)于西南科技大學(xué)， 從事光伏電站的工程管理工作。