蔡湘雯，王 譽(yù)，李 丹

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙 410007)

尾礦庫(kù)區(qū)太陽(yáng)能光伏電站平面與豎向布置應(yīng)用研究

蔡湘雯，王 譽(yù)，李 丹

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙 410007)

在我國(guó)境內(nèi)有大面積的尾礦庫(kù)有待二次開發(fā)利用，而光伏電站的布置一般需占用較大土地面積。如能將二者結(jié)合，則既能解決光伏發(fā)電的用地問(wèn)題，也實(shí)現(xiàn)了尾礦庫(kù)的再利用。文中將結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目從總平面布置、豎向布置、安全風(fēng)險(xiǎn)等角度對(duì)尾礦庫(kù)區(qū)太陽(yáng)能光伏電站項(xiàng)目進(jìn)行分析討論。

尾礦庫(kù)；光伏電站；總平面布置；豎向布置

0 引 言

尾礦庫(kù)是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的，用以堆存金屬或非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場(chǎng)所。在我們廣闊的國(guó)土上，存在著大量廢棄的尾礦庫(kù)、排土場(chǎng)、露采坑以及因采礦破壞的荒山荒地，如何加以有效的利用這些土地資源是一個(gè)有待研究的課題。

而當(dāng)前，世界范圍內(nèi)能源供需之間的矛盾日益突出，對(duì)可再生能源的需求也愈加迫切，資源極其豐富的太陽(yáng)能作為可再生能源的代表，目前的主要利用方式有光伏及光熱兩種。但太陽(yáng)輻射能能量密度較低，為獲取足夠太陽(yáng)輻射，光伏或光熱發(fā)電均需占用較大土地面積進(jìn)行布置。而將太陽(yáng)能光伏發(fā)電與尾礦庫(kù)相結(jié)合，則不但解決了光伏發(fā)電的用地問(wèn)題，也能較好的實(shí)現(xiàn)尾礦庫(kù)的再利用。

文中將結(jié)合利用尾礦庫(kù)區(qū)進(jìn)行布置的江西省某太陽(yáng)能光伏電站項(xiàng)目進(jìn)行分析，以供專業(yè)參考。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目所在尾礦庫(kù)已于2013年完成閉庫(kù)驗(yàn)收，庫(kù)區(qū)三面環(huán)山，山坡植被良好，屬低山丘陵地貌。尾礦庫(kù)閉庫(kù)后最終標(biāo)高為137.0 m，整個(gè)庫(kù)區(qū)內(nèi)場(chǎng)地平整，幾乎沒(méi)有高差。庫(kù)區(qū)內(nèi)為防止雨水、滲流沖刷及粉塵飛揚(yáng)，在尾礦庫(kù)內(nèi)干灘面上覆蓋粘性土厚0.2 m，并在庫(kù)內(nèi)干灘面上設(shè)置了排水溝。庫(kù)內(nèi)干灘面排水溝分干灘面主排水橫溝、次排水橫溝、主排水縱溝、次排水縱溝四種U形斷面排水溝。

光伏電站項(xiàng)目規(guī)劃容量為21 MW，共分19個(gè)單元，每一個(gè)單元為1.1 MW，配一臺(tái)逆變器和箱變。

2 總平面布置

根據(jù)建站地區(qū)緯度計(jì)算，本工程電池方陣的最佳固定傾斜角度為20°，最終取組件之間間距為2.5 m。東西向電池板支架間距保留有可以過(guò)人的檢修通道，取為0.5 m。

在布置光伏板時(shí)，考慮合理利用場(chǎng)地的同時(shí)，以不擾動(dòng)原有的排水系統(tǒng)為原則，所有光伏板均避開排水溝，布置在被排水溝分割而成的條形區(qū)域內(nèi)，為方便電纜布置，盡量選取主排水溝同側(cè)的就近區(qū)域內(nèi)的光伏板組成同一陣列。

由于尾礦庫(kù)區(qū)內(nèi)特殊的地質(zhì)條件，光伏電站開關(guān)站不宜布置在庫(kù)區(qū)內(nèi)部，應(yīng)于庫(kù)區(qū)外選擇合適站址。本工程中結(jié)合進(jìn)站道路、出線方向、地質(zhì)條件等外部因素，將開關(guān)站布置于庫(kù)區(qū)東南方向的山坡處。

為滿足消防、檢修維護(hù)和巡視需要，站區(qū)內(nèi)設(shè)置環(huán)形道路及東西向、南北向各一條貫通道路。道路布置基本沿排水溝方向，站內(nèi)道路路路面寬4 m，路面與排水溝之間留出0.5 m路肩寬度，道路排水利用已有排水溝，采用單坡向排水。路面結(jié)構(gòu)采用碎石路面，在穿過(guò)排水溝的路段，根據(jù)跨度不同，采用埋涵管覆土或鋪設(shè)鋼蓋板的形式跨過(guò)排水溝，保證排水溝的通暢。在道路交叉口處，由于跨越溝道面積較大，采用埋涵管覆土的形式易造成堵塞且難以疏通，建議在溝道上方鋪設(shè)鋼蓋板。

逆變器的布置考慮到便于電氣接線，并盡量減少電纜長(zhǎng)度，減少電能損耗，盡量將其置于每個(gè)方陣的中心位置，并緊鄰檢修道路，方便進(jìn)行安裝檢修。光伏電站總平面布置圖詳如圖1所示。

圖1 光伏電站總平面布置圖

3 豎向布置

尾礦庫(kù)區(qū)灘面原有豎向布置為外高內(nèi)底，整個(gè)灘面覆土后形成了兩個(gè)平臺(tái)面，再通過(guò)人工形成兩個(gè)順坡坡度1%的斜坡面，將干灘面大氣降水排入尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)進(jìn)水口處。尾礦庫(kù)后已建成一條城門洞型排水隧洞，橫斷面為1.5×1.8 m，隧洞出口采用排水明渠接排水明渠，可滿足五百年一遇設(shè)計(jì)洪峰過(guò)流量要求。

場(chǎng)地內(nèi)有一處低洼區(qū)域，由于常年排水不暢，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)積水較深，有沼澤化趨勢(shì)。在本項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，將對(duì)此區(qū)域進(jìn)行治理，首先將水抽干排出，然后通過(guò)拋石擠於，改善區(qū)域內(nèi)地質(zhì)承載力。最后將開關(guān)站產(chǎn)生的挖方余土將此區(qū)域回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并完善區(qū)域內(nèi)排水溝，以免再次形成沼澤。

由于場(chǎng)址自然地形平緩，光伏區(qū)豎向布置以盡量減少對(duì)自然地面的破壞，減少水土流失，節(jié)省投資為原則，不進(jìn)行大面積場(chǎng)平。但由于庫(kù)區(qū)內(nèi)覆土受到?jīng)_刷及自然沉降的影響，部分區(qū)域標(biāo)高已低于庫(kù)區(qū)閉庫(kù)標(biāo)高，在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中將原場(chǎng)地標(biāo)高作為光伏支架基礎(chǔ)零米設(shè)計(jì)標(biāo)高，在基礎(chǔ)施工完成后，恢復(fù)站區(qū)內(nèi)原有排水坡度。

4 安全風(fēng)險(xiǎn)

由于光伏發(fā)電站建設(shè)在尾礦庫(kù)已經(jīng)覆土植被的干灘面上，尾礦庫(kù)的安全穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)光伏電站有著及其重要的作用，只有保持尾礦庫(kù)本身的安全才能確保光伏電站的安全。

項(xiàng)目在建設(shè)期間，伴隨著基礎(chǔ)開挖、安裝場(chǎng)地平整、施工道路施工、管理區(qū)建設(shè)、臨時(shí)堆土等施工活動(dòng)，將擾動(dòng)原尾礦庫(kù)灘面地表、破壞地表形態(tài)、損壞植被，導(dǎo)致地表裸露、土層結(jié)構(gòu)破壞；尤其是項(xiàng)目建設(shè)可能對(duì)尾礦庫(kù)灘面排水主次溝的破壞，會(huì)影響尾礦庫(kù)灘面的正常排水；誤將雜物堵塞排洪隧洞，則有可能因庫(kù)內(nèi)洪水不能及時(shí)排出而導(dǎo)致洪水漫壩進(jìn)而最終造成尾礦庫(kù)的潰壩；施工時(shí)如果將壩體排滲設(shè)施損壞而又沒(méi)有及時(shí)修復(fù)，則會(huì)導(dǎo)致壩體浸潤(rùn)線升高使壩體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中，則可能因沒(méi)有保護(hù)好排洪設(shè)施而導(dǎo)致排洪系統(tǒng)堵塞或損壞，進(jìn)而產(chǎn)生安全隱患。

通過(guò)上述分析可見，尾礦庫(kù)主要安全風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)多與庫(kù)區(qū)的防排洪設(shè)施有關(guān)，保護(hù)好防排洪設(shè)施是保證項(xiàng)目安全建設(shè)運(yùn)行的重點(diǎn)。

在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，首先需要合理的施工組織安排。在施工開始前，應(yīng)組織施工人員進(jìn)行全面的安全教育及交底。施工開始應(yīng)以路通為先，在通過(guò)溝道處做好跨越措施，道路施工完成后施工設(shè)備方可進(jìn)場(chǎng)。項(xiàng)目的占地面積較大，宜多人分場(chǎng)地同時(shí)安裝、施工，而施工作業(yè)面的展開應(yīng)盡量以被排水溝劃分的不同區(qū)域?yàn)榻纾苊庵匦蜋C(jī)械在未處理的排水溝上通過(guò)，對(duì)已損壞的排水溝要及時(shí)修復(fù)。不得在排水溝內(nèi)堆放物品或土石，對(duì)主排水溝及排洪隧洞要注意及時(shí)清理，避免淤塞。

在項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，站區(qū)的安全巡檢人員應(yīng)同時(shí)對(duì)尾礦庫(kù)設(shè)施進(jìn)行定期巡檢排查，或由礦山企業(yè)協(xié)同進(jìn)行安全巡檢，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

尾礦庫(kù)為光伏發(fā)電提供了較為良好的建設(shè)條件，而合理的尾礦庫(kù)再利用也符合了我國(guó)的用地政策要求，切實(shí)落實(shí)了保護(hù)耕地的基本國(guó)策，因地制宜，合理布置，提高土地的利用率。

在利用尾礦庫(kù)開發(fā)光伏太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目的同時(shí)，也有幾個(gè)問(wèn)題需要注意：項(xiàng)目開發(fā)應(yīng)采用已完成閉庫(kù)安全驗(yàn)收的尾礦庫(kù)區(qū)，保證項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)行的安全；項(xiàng)目的平面與豎向設(shè)計(jì)需要注意與一般平原場(chǎng)地的異同，結(jié)合實(shí)際，合理劃分布置區(qū)域及組織交通；尾礦庫(kù)內(nèi)的地質(zhì)條件不適宜建設(shè)開關(guān)站相關(guān)建構(gòu)筑物，需在庫(kù)外選址；礦砂可能對(duì)光伏板基礎(chǔ)所采用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕作用，須注意基礎(chǔ)的防腐；尾礦庫(kù)的安全問(wèn)題尤為重要，在項(xiàng)目的施工及運(yùn)行期間，需要加強(qiáng)安全管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理安全隱患。

利用尾礦庫(kù)區(qū)進(jìn)行太陽(yáng)能光伏電站的建設(shè)可以做到不占用耕地、不破壞環(huán)境，同時(shí)實(shí)現(xiàn)尾礦庫(kù)的環(huán)境治理和礦山轉(zhuǎn)型可持續(xù)發(fā)展。在全國(guó)各地尚有許多同類型的場(chǎng)地的情況下，合理的進(jìn)行太陽(yáng)能光伏項(xiàng)目的開發(fā)，不失為一個(gè)值得進(jìn)一步研究及探討的方向。

[1] 武一琦.火力發(fā)電廠廠址選擇與總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2005．

[2] 楊金煥, 于化叢, 葛 梁. 太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2009.

[3] 光伏電站設(shè)計(jì)規(guī)范.(GB 50797—2012).

[4] 地面用光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)概述和導(dǎo)則.(GB/T 18479-2001).

[5] 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求.(GB/T 19939-2005).

The Study of the Design of General Layout and Vertical Layout for Photovoltaic Plants in Tailings Fields

CAI Xiang-wen, WANG Yu, LI Dan

(HEPDI, CEEC, Changsha 410007, Hunan Province, China)

Now we have two problems: there are large areas of tailings fields can be exploited again in our country; however, the photovoltaic plants usually require a lot of lands. Therefore, if we construct the photovoltaic plants in the tailings fields, we can solve the above two problems at the same time. Combined with practical project, this thesis studies the general layout, vertical layout, security and risk, etc., trying to analysis the feasibility of photovoltaic plants construction in tailings fields

Tailings fields; Photovoltaic plants; General layout; Vertical layout

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.12.009

2015-10-25

2015-11-15

蔡湘雯(1971-)，女，湖南長(zhǎng)沙人，高級(jí)工程師 本科 主要從事電力行業(yè)總圖運(yùn)輸規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作。

TK511

B

1009-3230(2015)12-0027-03