王成

摘 要：為響應國家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的政策方針，結合國家光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，通過分析采煤沉陷區(qū)利用現(xiàn)狀，得出采煤沉陷區(qū)發(fā)展光伏電站所產(chǎn)生的社會效益和經(jīng)濟效益。

關鍵詞：光伏；采煤沉陷區(qū)；綜合效益

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.063

按照國家能源局《關于促進先進光伏技術產(chǎn)品應用和產(chǎn)業(yè)升級的意見》要求，同意在山西大同等多個地區(qū)開展采煤沉陷區(qū)“光伏領跑者計劃”試點，“光伏領跑者計劃”是國家能源局每年實行的光伏扶持專項計劃，“領跑者”計劃將通過建設先進技術光伏發(fā)電示范基地、新技術應用示范工程等方式實施。從2016開始下達新增光伏領跑技術基地規(guī)模550萬千瓦，其中達到100萬千瓦的基地只有三個，兩淮采煤沉陷區(qū)光伏領跑技術基地是其中之一，以下主要是以淮南地區(qū)為例，對利采煤深陷區(qū)建設集中式光伏電站的綜合效益進行分析。

1 淮南地區(qū)總體概況

淮南市位于安徽省中部、淮河中游，淮北平原南緣，是安徽省重要工業(yè)城市，也是我國大型能源工業(yè)基地?；茨鲜形挥诨春又杏?，安徽省中部偏北，地處東經(jīng)116°21′21″～117°11′59″與北緯32°32′45″～33°0′24″之間，東與滁州市鳳陽、定遠縣毗鄰，南與合肥市長豐縣接壤，西南與六安市霍邱縣相連，西及西北與阜陽市潁上縣，亳州市利辛、蒙城縣交界，東北與蚌埠市懷遠縣相交。最東端位于孔店鄉(xiāng)東河村以東與定遠縣交匯之窯河河面，最西端位于鳳臺縣尚塘鄉(xiāng)侯海孜以西與利辛縣接壤處，最南端位于孫廟鄉(xiāng)廟塘村以南瓦埠湖水面，最北端位于茨淮新河主航道中心線鳳臺縣與蒙城、利辛縣交匯處。

淮南電網(wǎng)是安徽電網(wǎng)重要的組成部分，截至2017年底，淮南電網(wǎng)擁有火電廠9座，淮南電網(wǎng)有1000kV特高壓變電站一座，1000kV特高壓淮南-上海雙環(huán)線已建成；500kV變電站2座，擁有220kV變電站9座，形成220kV洛河電廠-金家?guī)X（雙回）-西山（雙回）-八公山-蘆集-洛河電廠（雙回）的環(huán)網(wǎng)結構。

淮南市是屬于淮河以南地區(qū)，是暖溫帶和亞熱帶的過渡地帶，年平均氣溫15.6℃，全年無霜期238天。全年降水量773～1670毫米，全年日照時數(shù)為1922.2小時，光能利用潛力較為可觀。淮南市太陽能資源基本屬于太陽能資源第三類地區(qū)，根據(jù)安徽省氣象部門的調(diào)查與推算評估，淮南市水平面年太陽能輻射總量5114.09 MJ/（ m2·a），年平均日照小時數(shù)1922.2 h。

淮南煤田遠景儲量444億噸，探明儲量180億噸，占安徽省的70%，占華東地區(qū)的32%。隨著煤電一體化進程的加快，煤炭資源開采的強度加大，煤礦采空塌陷范圍將不斷加大。截止到目前，煤礦塌陷區(qū)面積共200多平方公里，預計到2030年，煤礦塌陷區(qū)面積將達到600多平方公里。經(jīng)統(tǒng)計，淮南市可用于光伏發(fā)電的煤礦塌陷區(qū)水面面積約為53260畝，可以得出，在煤礦塌陷區(qū)水面建設光伏發(fā)電站，具有豐富的資源優(yōu)勢。

2 采煤沉陷區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性分析

所謂采煤塌陷區(qū)是指在地下采煤過程結束后或者是進行過程中，煤層由于被挖空使上伏的巖層在重力作用下坍塌，留下個距地面幾米或幾十米的空地。一般的煤層的埋深都在幾百米，甚至一千米以上。由于上伏地層在重力作用下對下伏采空區(qū)有壓力，因采空區(qū)沒有煤只有空氣或者是已經(jīng)被水充填，這樣使得上部巖層冒落致使地層坍塌。采煤塌陷區(qū)在我國分布較廣泛，為了保證國家建設的需要和節(jié)約耕地，就必須對塌陷區(qū)土地進行科學開發(fā)和利用，使其恢復為建設用地。采煤塌陷區(qū)能規(guī)劃成為什么樣的建設用地，關鍵取決于其地基受載后的穩(wěn)定性、沉降量和承載能力。地下煤層采出后，上覆巖層產(chǎn)生移動、變形和破壞，引起地表的塌陷，經(jīng)過一定的時間后，上覆巖層及地表均處于相對平衡和穩(wěn)定狀態(tài)。若在塌陷地上建設樓層較高的民房、廠房或其它的構筑物等，在建（構）筑物荷載的作用下，已受采動損傷的巖體可能會產(chǎn)生較大的移動和變形，甚至產(chǎn)生失穩(wěn)、破壞，從而引起塌陷區(qū)地基產(chǎn)生較大沉降，嚴重影響地基的承載能力。因此，采煤塌陷區(qū)規(guī)劃、設計與建設中，需要對地基的穩(wěn)定性、沉降變形和承載力進行定量研究，以提高塌陷區(qū)土地的利用與開發(fā)的效益和效率，并確保塌陷區(qū)新建設的建（構）筑物的安全使用。在一般地基條件下，要求建筑地基需要同時滿足下列2個技術條件：一是地基變形條件，指地基的沉降量、沉降差、傾斜與局部傾斜應不超過國家《建筑地基基礎設計規(guī)范》規(guī)定的地基變形允許值；二是地基強度條件，在建筑物荷載作用下，應確保地基不發(fā)生剪切或滑動破壞。但在采煤塌陷區(qū)上興建建筑物，其地基穩(wěn)定性還要受到其他眾多因素的影響：

采煤沉陷區(qū)可分為穩(wěn)定沉陷區(qū)和非穩(wěn)定沉陷區(qū)兩大類。穩(wěn)定沉陷區(qū)是指已經(jīng)沉陷且一般不會再發(fā)生次生沉陷的區(qū)域。非穩(wěn)定沉陷區(qū)是指地面還未沉陷或沉陷不明顯、不充分的區(qū)域，即對應的采空區(qū)頂板和覆巖的破壞存在有滯后性，具體存在有兩種可能，一類是具有突發(fā)性的整體一次性切冒，另一類是漸變的分層、分塊切冒，前者稱為Ⅰ類非穩(wěn)定沉陷區(qū)，后者稱為Ⅱ類非穩(wěn)定沉陷區(qū)。淮南采煤塌陷沉穩(wěn)水面平均水深約為6米，部分地區(qū)水深超過10米，較難進行有效利用，目前的主要利用方式是水上旅游休閑公園開發(fā)和水產(chǎn)養(yǎng)殖。非沉穩(wěn)區(qū)水面平均水深約為4.5米，大部分地區(qū)預計未來下沉0.1～10米，現(xiàn)階段不適宜進行水上光伏開發(fā)，可待區(qū)域沉穩(wěn)后再進行開發(fā)利用。

3 利用采煤沉陷區(qū)建設光伏電站的意義

安徽省是我國煤炭資源豐富省份之一，同時又是產(chǎn)煤大省?；茨系貐^(qū)含煤地層分布面積17950平方公里，煤炭資源量877.53億噸。建國后，淮南煤礦為國家建設作出了巨大貢獻，也作出了巨大犧牲。地下水遭到嚴重破壞，地表生態(tài)環(huán)境和區(qū)域小氣候被扭曲，煤礦廢棄物和發(fā)電廢氣嚴重污染了土壤與空氣。隨著煤電一體化進程的加快，煤炭資源開采的強度加大，煤礦采空塌陷范圍將不斷加大。這些采煤沉陷區(qū)如何規(guī)劃和發(fā)展就成為淮南地區(qū)迫在眉睫的任務。endprint

隨著光伏行業(yè)技術不的斷的進步，一些原來限制行業(yè)發(fā)展的技術瓶頸已然攻克，特別是在非沉穩(wěn)區(qū)水面利用浮筒、采用漂浮式光伏這一技術已經(jīng)用于實踐。2016年3月，全球最大的水上漂浮式光伏電站——淮南采煤塌陷區(qū)20MW漁光互補光伏電站順利并網(wǎng)發(fā)電，該項目由信義光能控股有限公司投資建設，利用采煤塌陷區(qū)的閑置水面建設，總投資約2億元，預計年均發(fā)電量為2300萬度。與傳統(tǒng)光伏電站相比，漂浮式光伏電站將光伏發(fā)電組件安裝在水面漂浮體上，具有不占用土地資源，減少水量蒸發(fā)，抑制藻類生長的作用，同時水體對光伏組件及電纜的冷卻也可有效提高發(fā)電效率。信義光能淮南采煤沉陷區(qū)水上光伏電站示范項目的建成投產(chǎn)，為我國發(fā)展采煤沉陷區(qū)光伏項目增添了信心、積累了經(jīng)驗。

淮南市境內(nèi)煤礦塌陷區(qū)眾多，可以利用其水面和灘涂建設光伏項目。這不僅提高了土地資源的利用率，同時產(chǎn)生清潔能源減少碳排量，加強了對環(huán)境的保護，解決了土地資源浪費的問題，增加了當?shù)亟?jīng)濟的收入。光伏發(fā)電基地選址在淮南煤礦塌陷區(qū)，目的是為了更好的利用該區(qū)域創(chuàng)造經(jīng)濟價值及社會價值。

4 光伏容量及接入系統(tǒng)

綜合考慮淮南地區(qū)太陽能資料、工程地質(zhì)、土建工程布置、交通運輸機施工安裝條件，集合當?shù)夭纱迕窬幼∏闆r，以及旅游區(qū)、自然保護區(qū)等敏感用地，淮南市目前可利用光伏開發(fā)的煤礦塌陷區(qū)水面約53000畝，裝機容量為1500MW。

由全省電力平衡可知，安徽電網(wǎng)僅考慮新增核準和路條機組情況下，在扣除皖電東送機組以后，安徽省電網(wǎng)存在一定的電力虧缺。至2016年，考慮安慶電廠二期、宣城二期機組投運情況下，安徽電網(wǎng)高峰方式下有424萬kW電力缺口，若不考慮省外協(xié)議分電，安徽省內(nèi)電力虧缺將更大?！笆濉逼陂g隨著負荷的發(fā)展，至2018年若不考慮新增火電和新能源機組，安徽電網(wǎng)將有564萬kW電力缺口，隨著負荷的增長，在保持現(xiàn)有皖電東送規(guī)模及規(guī)劃的皖電東送二期裝機基礎上，應盡早安排2015年及以后的電源建設和相應電網(wǎng)建設，以保證電網(wǎng)的供用電平衡和電力的可持續(xù)發(fā)展。因此，淮南煤礦塌陷區(qū)水上光伏可以對彌補省內(nèi)的電力缺口起到積極作用。

淮南地區(qū)光伏項目主要利用的水面及荒坡建設光伏電站，結合荒坡的地形、水域大小、水上開發(fā)難易程度等開發(fā)光伏項目，對于遠離負荷中心、且水域較為開闊區(qū)域，適合成規(guī)模開發(fā)、采用高電壓等級統(tǒng)籌送出，對于距離負荷較近電站，可考慮分散或集中送出，就近消納。

在采煤塌陷區(qū)治理中采用建設光伏發(fā)電基地規(guī)劃方案，對促進安徽能源轉型，擴大新能源開發(fā)利用規(guī)模，推動能源生產(chǎn)革命具有重大意義。“十三五”期間隨著負荷的發(fā)展，至2018年考慮區(qū)外特高壓交流、直流區(qū)外來電情況下，若不考慮新增火電和新能源機組，安徽電網(wǎng)將有較大電力缺口，需盡早安排2015年及以后的電源建設和相應電網(wǎng)建設，以保證電網(wǎng)的供用電平衡和電力的可持續(xù)發(fā)展。因此，淮南煤礦塌陷區(qū)水上光伏可以對彌補省內(nèi)的電力缺口起到積極作用。

5 環(huán)境影響

淮南地區(qū)煤炭資源豐富，隨著煤電一體化進程的加快，煤炭資源開采的強度加大，煤礦采空塌陷范圍將不斷加大。在淮南煤礦采空區(qū)，各種建筑和道路等基礎設置塌陷受損嚴重，許多村莊塌陷為大水面，且煤矸石、粉煤灰又帶來二次污染，生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞，引發(fā)了群眾失地失業(yè)、生活困難等一系列社會問題。

利用煤礦塌陷區(qū)水面發(fā)展光伏發(fā)電，可以改善采煤沉陷區(qū)域生態(tài)環(huán)境，對采煤塌陷產(chǎn)生的廢地“變廢為寶”，綜合治理并利用起來。同時光伏發(fā)電為國家政策支持的清潔能源發(fā)電，節(jié)能減排效益顯著，因此淮南煤炭塌陷區(qū)水面光伏發(fā)展實施具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)環(huán)保效益。

水面光伏發(fā)電項目施工期應尤為注意對水環(huán)境的影響，控制施工作業(yè)影響范圍，優(yōu)化水下施工工藝，減少對水體的擾動和對水質(zhì)的污染。運營期水污染主要為電站運行人員生活污水。光伏電站自動化程度較高，運行管理人員較少，產(chǎn)生的少量生活污水可采用地埋式污水處理設施處理達標后回用或外排，有條件的可接入城市污水管網(wǎng)排入城市污水處理廠，對水環(huán)境的影響較小。施工期的大氣污染源主要為施工區(qū)域地面開挖過程中產(chǎn)生的揚塵，建筑材料運輸、卸載中的揚塵，土方運輸車輛行駛產(chǎn)生的揚塵，臨時物料堆放產(chǎn)生的風蝕揚塵，混凝土攪拌產(chǎn)生的水泥粉塵等，對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。光伏發(fā)電作為清潔能源發(fā)電，與相同發(fā)電量的火電廠相比，每年節(jié)約大量標煤，相應每年可減少多種大氣污染物的排放，對大氣環(huán)境影響具有正效應。

光伏太陽能電池板會反射出去一部分陽光，若反射區(qū)內(nèi)存在居民房屋、公路等敏感目標，就會產(chǎn)生光污染。水上光伏項目布置在水面，一般位于農(nóng)村地區(qū)，周圍敏感程度較低，項目選用反射率符合規(guī)定的太陽能電板，結合周邊環(huán)境具體情況，充分進行項目選址及光伏電池板布局合理性分析，避免強光對周圍敏感區(qū)域的影響。

因此，經(jīng)初步分析，淮南地區(qū)采煤塌陷區(qū)光伏發(fā)展的實施不會對區(qū)域環(huán)境造成不利影響，并具有較好的生態(tài)環(huán)保效益。

6 社會效益分析

按照光伏發(fā)電基地1500MW裝機容量考慮，以20 年平均發(fā)電量估算，年發(fā)電量為145000萬kWh，每年可節(jié)約標準煤約50萬噸，減少煙塵2.358萬噸，SO2 10.58萬噸，NOX 175.48萬噸，，CO2 1323.04萬噸，節(jié)能減排環(huán)境效益明顯?；茨系貐^(qū)光伏發(fā)電基地用清潔能源替代原煤，可為安徽省治霾起到重要作用。

綜上所述，利用采煤深陷區(qū)建設集中式光伏電站，各項財務指標良好，有一定的抗風險能力；而建成投產(chǎn)不僅可以充分利用自然資源、響應國家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的政策方針，節(jié)能減排環(huán)境效益明顯，還可以為國家?guī)砜捎^的稅收收入。

參考文獻：

[1]《關于促進先進光伏技術產(chǎn)品應用和產(chǎn)業(yè)升級的意見》國家能源局[S].

[2]兩淮采煤深陷區(qū)光伏領跑者計劃[S].

[3]《淮南市“十三五”發(fā)展規(guī)劃》[S].endprint