劉朋霏

(中國華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100031)

1 引言

作為京津冀北部水源涵養(yǎng)重要區(qū)域，承德市開展了“三北”造林、京津風(fēng)沙源治理等一系列生態(tài)工程，取得豐碩的生態(tài)治理成果。但由于承德市特有的自然地理環(huán)境，部分地區(qū)景觀生態(tài)和系統(tǒng)層〗次結(jié)構(gòu)簡單、食物鏈短。在受大風(fēng)、干旱、霜凍、冰雹等自然災(zāi)害的沖擊以及人為干擾影響下，區(qū)域仍存在草場退化、水土流失及土地沙化等生態(tài)問題，水源涵養(yǎng)功能、土壤保持功能與生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)功能較弱，亟需進(jìn)一步鞏固生態(tài)修復(fù)治理效果，提升區(qū)域生態(tài)涵養(yǎng)功能。為了促進(jìn)承德市水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙、經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生相互促進(jìn)的正循環(huán)，達(dá)到生態(tài)文明建設(shè)與綠色經(jīng)濟(jì)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的有效結(jié)合，同時(shí)也提高承德市在京津冀區(qū)域格局中的戰(zhàn)略地位，鞏固“北京后花園”地位，有必要在承德規(guī)劃建設(shè)新能源生態(tài)涵養(yǎng)綜合項(xiàng)目，作為示范工程，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為在全市推廣提供參考。

2 項(xiàng)目概述

承德市位于河北省北部，東部與遼寧省交界，西臨張家口，北靠內(nèi)蒙高原，南臨首都北京及天津、唐山、秦皇島，是溝通中原與內(nèi)蒙、連接?xùn)|北的重要紐帶，地理位置極其重要。區(qū)域?qū)儆趦?nèi)蒙古高原—燕山山地—華北平原的過渡帶，是季風(fēng)氣候與大陸氣候、干旱與半干旱地區(qū)、華北溫帶闊葉林與草原、農(nóng)區(qū)與牧區(qū)的過渡帶，四季分明，氣候獨(dú)特，地形地貌多樣，生物資源豐富，平均風(fēng)速在6～9 m/s，平均輻射總量在194.63～582.29 MJ/m2，風(fēng)能和光能資源豐富[1]。

圖1 草地退化及沙化現(xiàn)狀

初步規(guī)劃將示范項(xiàng)目建在承德市區(qū)西北部，規(guī)劃總占地面積為38220 hm2，其中草地光伏占地面積25120 hm2，農(nóng)光互補(bǔ)光伏占地面積8100 hm2，以及風(fēng)電占地面積5000 hm2，占地主要為壩上區(qū)域的其他草地，幾乎為退化草地及沙地。項(xiàng)目除對主體工程范圍內(nèi)擾動(dòng)土地進(jìn)行水土流失治理外，還對原狀退化草場及沙地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，并對形成的侵蝕溝進(jìn)行治理，生態(tài)修復(fù)面積共計(jì)約2.93萬hm2[2]。

3 風(fēng)光資源分析

3.1 太陽能資源分析

本階段采用Meteonorm數(shù)據(jù)對項(xiàng)目所在地太陽輻射量進(jìn)行分析。經(jīng)查詢Meteonorm 7.2數(shù)據(jù)，場址區(qū)域多年各月太陽輻射量統(tǒng)計(jì)成果見表1，太陽輻射量年內(nèi)變化見圖2[3]。

表1 場址區(qū)域多年各月太陽輻射量統(tǒng)計(jì) MJ/m2

由此可知，場址區(qū)域多年年均太陽總輻射量為4731.12 MJ/m2。各月水平輻射總量在194.63～582.29 MJ/m2之間變化，其中，5月最高，為582.29 MJ/m2；12月最低，為194.63 MJ/m2。輻射量最大值與最小值相差為387.66 MJ/m2，年內(nèi)變化幅值較大。

根據(jù)PVsyst模擬得出本項(xiàng)目最佳傾角為38°，在最佳傾角下的斜面輻射量5912.36 MJ/m2。

3.2 風(fēng)力資源分析

由于暫未收集到測風(fēng)數(shù)據(jù)和氣象站數(shù)據(jù)，本階段暫時(shí)根據(jù)中尺度數(shù)據(jù)對其區(qū)域資源進(jìn)行初步分析。承德市風(fēng)能資源風(fēng)譜圖見圖4，風(fēng)向玫瑰圖見圖5。

圖2 場址區(qū)域多年各月太陽輻射量變化

圖3 場址區(qū)域最佳傾角及輻射量

圖4 承德市風(fēng)能資源風(fēng)譜圖

從圖4和圖5可以看出，承德市北部風(fēng)能資源較好，風(fēng)速在7～9 m/s之間；承德市南部風(fēng)能資源相對一般，部分地區(qū)風(fēng)能資源相對較好，風(fēng)速達(dá)到6～7 m/s左右。風(fēng)向主要集中在NW～N方向，較為集中，有利于風(fēng)電機(jī)組的布置。整體來說，承德市風(fēng)能資源豐富，具有較好的開發(fā)價(jià)值[4]。

圖5 承德市風(fēng)向玫瑰圖

3.3 發(fā)電量估算

3.3.1 光伏發(fā)電量估算

經(jīng)計(jì)算，光伏電站首年發(fā)電量為197億kW·h，首年等效滿負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為1329 h；光伏電站25年運(yùn)營期內(nèi)平均年發(fā)電量為182億kW·h，年等效滿負(fù)荷利用小時(shí)1213 h。

3.3.2 風(fēng)電發(fā)電量估算

承德市北部風(fēng)電場年上網(wǎng)電量大約在150億kW·h以上，承德市南部風(fēng)電場年上網(wǎng)電量大約在125億～140億kW·h之間，利用目前發(fā)電效率較高的低風(fēng)速型風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行初步估算，承德市北部區(qū)域風(fēng)速較優(yōu)，風(fēng)電場年等效滿負(fù)荷利用小時(shí)在3000 h以上；承德市南部風(fēng)能資源相對較好的區(qū)域，風(fēng)電場年等效滿負(fù)荷利用小時(shí)在2500～2800 h之間。

4 清潔能源綜合示范項(xiàng)目的優(yōu)勢

光伏發(fā)電和風(fēng)電建設(shè)占地主要為光伏支架或塔基基礎(chǔ)占地，實(shí)際占地面積小，且由于光伏電池板和發(fā)電風(fēng)輪距離地面有一定高度，地上空間充分，有利于土地空間的多重利用開發(fā)。因此，清潔能源綜合示范項(xiàng)目可以有效將農(nóng)業(yè)、林業(yè)開發(fā)及光伏發(fā)電和風(fēng)電結(jié)合，形成 “林光互補(bǔ)”“農(nóng)光互補(bǔ)”“光伏+旅游”等新型開發(fā)模式，促進(jìn)多產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，推進(jìn)可再生能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級。

光伏發(fā)電和風(fēng)電項(xiàng)目不同于其他開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目，它實(shí)際占地面積小，擾動(dòng)土地面積小，不會(huì)大面積擾動(dòng)當(dāng)?shù)厣吃斐刹豢赡娴膿p壞，也不會(huì)涉及過大的土方開挖，不會(huì)切割原有區(qū)域的生態(tài)斑塊。通過有針對性的防護(hù)措施，完全可以降低項(xiàng)目本身對生態(tài)環(huán)境造成的影響，易于擾動(dòng)地區(qū)的恢復(fù)。此外，光能和風(fēng)能資源是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實(shí)的長壽命和免維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)。

清潔能源綜合示范項(xiàng)目，對草原生態(tài)涵養(yǎng)起著重要作用(圖6)。

圖6 草場上的光伏電站

5 工程投資與財(cái)務(wù)評價(jià)

5.1 工程投資

5.1.1 生態(tài)修復(fù)工程投資

生態(tài)修復(fù)工程投資估算根據(jù)國家、部門和河北省現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，并參考已建光伏發(fā)電項(xiàng)目造價(jià)水平進(jìn)行編制。主要材料價(jià)格按2020年2季度價(jià)格水平計(jì)算。主要工程單價(jià)按以下價(jià)格計(jì)算：退化、沙化草場治理及修復(fù)工程4782.59元/hm2，水土流失治理工程8002.31元/hm2。經(jīng)估算，本工程靜態(tài)投資3.746億元，工程動(dòng)態(tài)投資4.4952億元。

5.1.2 光伏工程投資

本工程投資估算根據(jù)國家、部門和河北省現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，并參考已建光伏發(fā)電項(xiàng)目造價(jià)水平進(jìn)行編制。主要材料價(jià)格按2020年2季度價(jià)格水平計(jì)算。主要設(shè)備按以下價(jià)格計(jì)算：光伏組件 1.45元/W; 支架 7600元/t; 組串式逆變器 0.16元/W; 經(jīng)估算，本工程靜態(tài)投資630億元，單位千瓦靜態(tài)投資4200元/kW；工程動(dòng)態(tài)投資642億元，單位千瓦動(dòng)態(tài)投資元4282元/kW。

5.1.3 風(fēng)電工程投資

本工程投資估算根據(jù)國家、部門和河北省現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，并參考已建風(fēng)電項(xiàng)目造價(jià)水平進(jìn)行編制。主要材料價(jià)格按2020年2季度價(jià)格水平計(jì)算。主要設(shè)備按以下價(jià)格計(jì)算：風(fēng)電機(jī)組(到工地價(jià)) 3600元/kW; 塔筒(到工地價(jià)) 10500元/t; 箱變(YBT11-3650/35，華變) 35萬元/臺(tái)。

本工程主要為草地風(fēng)電場，經(jīng)初步匡算，本工程靜態(tài)投資400億元，單位千瓦靜態(tài)投資約在8000元/kW。工程動(dòng)態(tài)投資407.37億元，單位千瓦動(dòng)態(tài)投資元8147元/kW。

5.2 財(cái)務(wù)評價(jià)

5.2.1 光伏

本項(xiàng)目光伏部分的建設(shè)規(guī)模為15000 MW，工程靜態(tài)投資630億元。項(xiàng)目運(yùn)行期按25年計(jì)算，預(yù)計(jì)本項(xiàng)目運(yùn)營期內(nèi)平均年發(fā)電量為182億kW·h，年等效滿負(fù)荷利用小時(shí)1213 h。資金籌措方式按資本金占總投資20%，國內(nèi)銀行貸款占80%計(jì)算，并考慮15年借款還貸期。本工程采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)的方式，上網(wǎng)電價(jià)按當(dāng)?shù)鼗痣娒摿螂妰r(jià)0.372元/kW·h。經(jīng)測算，本項(xiàng)目資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率8.56%，全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)7.34%，投資回收期(所得稅后)為12.56年。

5.2.2 風(fēng)電

本階段按5000 MW裝機(jī)規(guī)模，單位千瓦靜態(tài)投資8000元/kW，年等效滿負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)2800 h至3000 h進(jìn)行測算，上網(wǎng)電價(jià)按冀北火電脫硫電價(jià)0.372元/kW·h。經(jīng)測算，項(xiàng)目資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率8.76%～12.40%，全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)6.85%～7.98%，投資回收期(所得稅后)大約為10.32年至11.11年。

6 效益分析

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

(1)項(xiàng)目建設(shè)期，為當(dāng)?shù)貛淼亩愂帐找嬷饕獊碜云髽I(yè)采購設(shè)備及工程施工，初步估算設(shè)備采購量約為152億/年、工程量約為82億/年，按照目前國家規(guī)定的稅率(設(shè)備稅率為13%，建安工程稅率為9%)，可以為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生約20億/年的稅收收益(延續(xù)5年)。由于本項(xiàng)目的主要設(shè)備由項(xiàng)目配套引入當(dāng)?shù)氐钠髽I(yè)生產(chǎn)，因此以上稅收大部分留在本地。項(xiàng)目建設(shè)期內(nèi)，可累計(jì)為當(dāng)?shù)亟鉀Q就業(yè)5000人以上。

(2)項(xiàng)目運(yùn)營期，考慮新能源項(xiàng)目的部分稅收減免政策，項(xiàng)目全部投運(yùn)后可以為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生約20～25億/年的稅收收益，項(xiàng)目全壽命期(風(fēng)電20年、光伏25年)可為當(dāng)?shù)貛矶愂?00億元。項(xiàng)目運(yùn)營期內(nèi)，可累計(jì)為當(dāng)?shù)亟鉀Q就業(yè)3000人以上。

(3)項(xiàng)目配套產(chǎn)業(yè)集群給當(dāng)?shù)貛淼亩愂帐找?。?xiàng)目配套清潔能源產(chǎn)業(yè)集群的入駐，前期以提供本項(xiàng)目的設(shè)備、勞務(wù)為主，企業(yè)產(chǎn)出及銷售比較有保證，可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值超過130億元，每年實(shí)現(xiàn)稅收收益20～25億元(項(xiàng)目建設(shè)期有部分重復(fù))，帶動(dòng)就業(yè)上萬人。

6.2 生態(tài)效益

6.2.1 改善生態(tài)環(huán)境

項(xiàng)目建成后，將減少地表的太陽直接輻射，有效降低局部風(fēng)速和溫度，增加空氣濕度，形成良性小氣候；土壤的含水量、有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分均將得到有效提升，土壤容重下降，將很大程度改良區(qū)域土壤理化性質(zhì)。生境條件的改良，有利于項(xiàng)目區(qū)退化草場、沙地、裸地的植被恢復(fù)治理，植被得到有效恢復(fù)，蓋度將大幅度提高，物種數(shù)增加，從而能有效地遏止草地退化、沙化趨勢，涵養(yǎng)水源，減輕水、旱、風(fēng)、沙等影響，進(jìn)而形成良性循環(huán)，使草原生態(tài)環(huán)境實(shí)現(xiàn)正向演替。

6.2.2 減少水土流失

合理設(shè)計(jì)的光伏陣列本身可以增加地表粗糙度，起到很好的消減風(fēng)速的作用，有效地減少了風(fēng)沙流蝕積現(xiàn)象的發(fā)生，促進(jìn)流沙的穩(wěn)定；設(shè)置沙障種草灌，營造防風(fēng)固沙林帶、農(nóng)牧防護(hù)林帶，修建溝道攔沙工程，形成防風(fēng)固沙治理水土流失的綜合防治體系；侵蝕溝道內(nèi)從支毛溝向主溝口修建植物谷坊群，并通過一系列的植物措施，層層攔蓄，穩(wěn)定侵蝕溝底和岸坡，形成侵蝕溝道治理體系。生態(tài)修復(fù)措施的實(shí)施，使發(fā)生水土流失的區(qū)域?qū)⒌玫接行е卫恚?xiàng)目范圍內(nèi)水土流失將得到有效控制，極大程度減少工程建設(shè)引起的水土流失，緩解場址當(dāng)?shù)氐乃亮魇?yán)重的現(xiàn)狀，使水土保持功能逐步恢復(fù)正常。

6.2.3 提升生態(tài)涵養(yǎng)功能

項(xiàng)目實(shí)施運(yùn)行后由于生態(tài)環(huán)境將得到大幅改善，水土流失情況將得到有效控制，河流水系淤積情況將得到改善，水質(zhì)得到凈化，草場復(fù)綠、林地更新，結(jié)合示范區(qū)的美化建設(shè)，項(xiàng)目區(qū)生態(tài)景觀效果也將得到提升，區(qū)域的生態(tài)涵養(yǎng)功能將得到有效改善。進(jìn)一步地，通過結(jié)合風(fēng)力提水和光伏提水等新技術(shù)，對項(xiàng)目區(qū)及周邊地區(qū)劃定圍封保護(hù)區(qū)，運(yùn)用拉力式的供水覆蓋，可鞏固生態(tài)修復(fù)治理效果，提升土地利用承載力，合理優(yōu)化農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)發(fā)展，在承德市文化旅游等產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案指導(dǎo)下，依托森林草原、山川湖泊、溫泉冰雪等自然資源，可促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)旅游的發(fā)展，形成良性循環(huán)。結(jié)合現(xiàn)有天然林保護(hù)項(xiàng)目、生態(tài)公益林保護(hù)項(xiàng)目、京津風(fēng)沙源治理工程等項(xiàng)目從宏觀上把控治理，逐步建立綜合林草防護(hù)帶，有利于更進(jìn)一步提升區(qū)域生態(tài)涵養(yǎng)功能[5]。

6.3 減排效益

光伏發(fā)電在發(fā)電過程中，不消耗燃料，就不會(huì)產(chǎn)生廢氣廢渣，替代傳統(tǒng)的化石能源消耗，增加了能源供給，達(dá)到節(jié)能減排的目的，減輕國家發(fā)展面臨的節(jié)能減排的環(huán)保壓力。經(jīng)估算，本工程年均發(fā)電量相當(dāng)于減少消耗標(biāo)煤1023.83萬t，減少SO2排放19.69萬t，減少CO排放0.27萬t，減少CnHm排放0.11萬t，減少NO2排放11.18萬t，減少CO2排放0.24萬t，減少灰渣排放315.02萬t。

7 結(jié)論

(1)承德市生態(tài)涵養(yǎng)清潔能源綜合示范項(xiàng)目可利用的用地資源面積共計(jì)38220 hm2，其中草地光伏占地面積25120 hm2，農(nóng)光互補(bǔ)光伏占地面積8100 hm2，以及風(fēng)電占地面積5000 hm2。

(2)項(xiàng)目在實(shí)施過程中會(huì)對土壤、植被產(chǎn)生一定的負(fù)面作用，項(xiàng)目建成運(yùn)營后，通過電站自身作用以及采取的水土保持、環(huán)境保護(hù)等措施，能夠有效改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境狀況，減少水土流失，提高區(qū)域生態(tài)涵養(yǎng)功能，項(xiàng)目建設(shè)可行。

(3)本項(xiàng)目規(guī)劃光伏發(fā)電裝機(jī)容量為15000MW，其中草地光伏12000MW，農(nóng)光互補(bǔ)3000MW。光伏電站25年運(yùn)營期內(nèi)平均年發(fā)電量為182億kW·h。風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)5000MW，承德市北部區(qū)域風(fēng)速較優(yōu)，風(fēng)電場年等效滿負(fù)荷利用小時(shí)在3000 h以上；承德市南部風(fēng)能資源相對較好的區(qū)域，風(fēng)電場年等效滿負(fù)荷利用小時(shí)在2500～2800 h之間。

(4)承德市作為全國新能源示范市，在發(fā)展清潔能源產(chǎn)業(yè)方面，具有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢；本示范項(xiàng)目的建設(shè)，不僅能高效利用土地資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，同時(shí)對承德市清潔能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)能帶來巨大的推動(dòng)作用，為現(xiàn)實(shí)全市生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的理念奠定基礎(chǔ)。