王 豐

（中冶南方都市環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司）

0 引言

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，太陽(yáng)能資源、地形條件較好的未利用地逐漸減少，光伏電站越來(lái)越多的向我國(guó)光照資源較好的西南地區(qū)發(fā)展，該地區(qū)地貌大部分以丘陵山地為主，故總圖設(shè)計(jì)在山地光伏電站建設(shè)中顯得越來(lái)越重要。

1 山地光伏電站前期選址設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 規(guī)劃選址

規(guī)劃選址是在估算的太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)的前提下，在指定的一個(gè)或幾個(gè)地區(qū)內(nèi)，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，擇優(yōu)推薦出建廠地區(qū)和場(chǎng)址排序，并提出建廠規(guī)模和裝機(jī)規(guī)模。

1.2 工程選址

工程選址是在規(guī)劃選址的基礎(chǔ)上進(jìn)一步落實(shí)建廠條件，并進(jìn)行必要的測(cè)量和勘探，作為開(kāi)發(fā)建設(shè)光伏電站下一步工作的基本依據(jù)。工程選址階段主要針對(duì)如下方面進(jìn)行選址分析：

1）太陽(yáng)能資源的評(píng)估

在光伏電站選址過(guò)程中，必須對(duì)工程所在地的太陽(yáng)總輻射量進(jìn)行全面分析。通過(guò)計(jì)算并滿足一定的利用小時(shí)數(shù)和收益率條件，才會(huì)對(duì)擬選廠址進(jìn)行進(jìn)一步深入的研究。

2）光伏電站用地屬性

光伏電站的選址受土地性質(zhì)影響極大，因此，在選擇合適位置時(shí)，首要任務(wù)是與當(dāng)?shù)匾?guī)劃、國(guó)土、林業(yè)、環(huán)保、電網(wǎng)接入等有關(guān)部門(mén)積極溝通，全面了解當(dāng)?shù)赝恋匾?guī)劃方向。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)先選取適合建設(shè)光伏電站的土地，傾向于利用山區(qū)荒地和未開(kāi)發(fā)利用的土地。

3）山體條件

在山地光伏項(xiàng)目中，地形非常復(fù)雜多樣。在選址初期，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，對(duì)擬選廠址的地形地貌進(jìn)行初步評(píng)估。主要考慮坡度、坡向、地質(zhì)條件三個(gè)方面。最佳選擇是開(kāi)闊的場(chǎng)地，地形平緩，坡度從北向南逐漸增高，以便適合光伏陣列的布置［1-2］。

2 山地光伏電站總平面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 山地光伏電站主要布置形式選擇

山地光伏發(fā)電站的建設(shè)往往會(huì)涉及兩種不同的總圖布置方案：一種是以最大化發(fā)電量為目標(biāo)的方案，另一種是以外觀整齊美觀為目標(biāo)的方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)階段，必須根據(jù)山地光伏發(fā)電站的具體需求，選取適宜的總圖布置方案［3-6］。

1）發(fā)電量最大化總圖布置方案

發(fā)電量最大化總圖布置方案能實(shí)現(xiàn)了發(fā)電量的最大化，并為實(shí)際施工過(guò)程提供了強(qiáng)有力的支持。但是，該方案也存在一些不利因素，例如整體視覺(jué)效果不甚理想、施工放線工作量較大，以及施工的靈活性受到約束。

2）外觀整齊美觀總圖布置方案

在建設(shè)山地光伏發(fā)電站的過(guò)程中，選擇注重外觀整齊美觀的總圖布置方案，將有效改善光伏電站的整體視覺(jué)效果，并提高施工過(guò)程的靈活性。但需要考慮該方案可能會(huì)對(duì)光伏電站的發(fā)電量產(chǎn)生一定影響，并對(duì)施工放線精度提出較高要求。

2.2 光伏電站總平面布置

在確定主要布置形式后，將對(duì)光伏電站的總平面進(jìn)行詳細(xì)布置?？偲矫嬖敿?xì)布置主要包括以下幾個(gè)方面：光伏方陣的布置，逆變升壓室的布置，站內(nèi)道路的布置以及站區(qū)圍欄的布置。

1）光伏方陣的布置

山區(qū)光伏電站通常都采用固定式光伏陣列。固定式光伏陣列通常以成排的方式進(jìn)行安裝，一般要求在冬至?xí)r，確保兩排光伏陣列之間的距離足夠，使得在9 點(diǎn)到15 點(diǎn)之間后排光伏陣列不會(huì)被前排陣列遮擋。

根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50797-2012，固定式布置的光伏方陣間距可根據(jù)以下公式計(jì)算：

式中，L：陣列傾斜面長(zhǎng)度，D：兩排陣列之間距離，β：陣列傾角，Φ：當(dāng)?shù)鼐暥取?/p>

該公式對(duì)平地光伏適應(yīng)性較強(qiáng)，對(duì)山地光伏的布置則偏差較大。山區(qū)光伏地形條件復(fù)雜，目前沒(méi)有一個(gè)比較可靠的公式來(lái)計(jì)算山區(qū)光伏兩排陣列之間的距離。

現(xiàn)階段山地光伏陣列的布置主要利用在Pvsyst軟件建立三維模型，模擬前后排光伏方陣的遮擋情況，選取的間距應(yīng)至少滿足《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的每個(gè)方陣全年每天無(wú)遮擋日照時(shí)數(shù)不小于6h的要求，同時(shí)計(jì)算出各個(gè)分區(qū)內(nèi)前后排光伏陣列之間的間距，作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2）逆變升壓室的布置

逆變升壓室布置主要考慮如下因素：逆變升壓室位于光伏方陣單元模塊中部，可以縮短光伏方陣匯流直流線纜的敷設(shè)長(zhǎng)度，降低直流線損耗，減少投資成本；逆變升壓室于主要通道處，這樣便于設(shè)備的安裝和檢修，提高了維護(hù)的便捷性。；逆變升壓室位于場(chǎng)區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦的區(qū)域：減少整平土方工程量，降低施工難度和成本。

3）道路及排水溝的布置。

參考GBJ22-87《廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范》中露天礦山三級(jí)道路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，道路布置主要考慮如下因素：

道路路線的規(guī)劃應(yīng)結(jié)合光伏方陣的劃分、逆變器及箱變的安裝位置進(jìn)行布置，以確保道路與電站設(shè)施的合理連接。道路應(yīng)盡量形成環(huán)線，若無(wú)法形成環(huán)線，則應(yīng)在道路末端設(shè)置回車平臺(tái)，以滿足車輛掉頭及消防回車的需求。道路的走向應(yīng)考慮集電線路的布置，以方便后期維護(hù)檢修工作。

2.3 光伏電站站區(qū)圍欄的布置

為了確保光伏電站的安全運(yùn)行，避免外界人員和動(dòng)物的侵入，在光伏電站外圍按照《電力安全設(shè)施條例》安裝圍網(wǎng)，作為發(fā)電場(chǎng)區(qū)防護(hù)設(shè)施，廠區(qū)圍墻為浸塑鐵絲網(wǎng)圍墻，高度為1.8m，外傾防攀爬角度30°。

3 光伏電站道路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 道路寬度設(shè)計(jì)

在山地光伏電站道路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用露天礦山三級(jí)單車道道路設(shè)計(jì)，3.5m 寬的路面，兩邊各設(shè)有寬度為0.5m 的土路肩。光伏方陣的路面通常采用0.12~0.15m 厚的泥結(jié)碎石路面，升壓站的進(jìn)站道路和內(nèi)部道路則應(yīng)采用混凝土、瀝青等硬化路面，減少灰塵。

3.2 道路縱斷面設(shè)計(jì)

考慮到建成后僅有少量檢修車輛通行的需要，為降低道路邊坡高度并節(jié)省工程投資，建議光伏方陣區(qū)道路的縱坡控制在13%以內(nèi)。同時(shí)，在制定升壓站進(jìn)站道路方案時(shí)，考慮到需要運(yùn)輸主變等大型設(shè)備，建議該區(qū)域的縱坡最大控制在9%以內(nèi)。

3.3 道路橫斷面設(shè)計(jì)

山地并網(wǎng)光伏電站的道路多建設(shè)于坡面上，因此在橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮挖填方的高度，并在道路兩側(cè)設(shè)置排水溝。同時(shí)還需要充分考慮電纜與道路坡頂、坡腳以及排水溝的相互關(guān)系，以確保道路穩(wěn)固且排水暢通。

4 山地光伏電站豎向設(shè)計(jì)要點(diǎn)

影響山地光伏電站豎向布置的因素主要包括：自然地形地貌、場(chǎng)地排水、土方工程量、水土流失、必要的擋墻、護(hù)坡、截洪溝等工程設(shè)施等?；谏鲜鲆蛩兀降毓夥Q向設(shè)計(jì)分為以下三類。

1）平坡式布置

平坡式布局適用于地形較為緩和的丘陵地區(qū)，要求光伏電站場(chǎng)地的坡度控制在2%以下。在進(jìn)行場(chǎng)地整平時(shí)，需要確保整平標(biāo)高經(jīng)濟(jì)合理，并使自然排水方向與山坡的主體坡向保持一致，以減少土方工程量和附屬設(shè)施的工程量。這種設(shè)計(jì)方式能夠更好地利用地形條件，使光伏電站的建設(shè)更加穩(wěn)固，并降低建設(shè)成本。

2）臺(tái)階式布置

臺(tái)階式布局適用于自然坡度較陡的山地。該設(shè)計(jì)將場(chǎng)地分為幾個(gè)臺(tái)地，光伏組件沿著臺(tái)地的長(zhǎng)度方向布置，臺(tái)階之間采用護(hù)坡或擋土墻進(jìn)行連接。通過(guò)這種布局方式，可以充分利用山地地形，增強(qiáng)光伏電站的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。

3）隨坡就勢(shì)布置。

考慮到山地生態(tài)脆弱的情況，為了降低水土流失的風(fēng)險(xiǎn)，光伏組件采取隨坡就勢(shì)布置的豎向設(shè)計(jì)的方法，即在光伏電站的規(guī)劃中保持和充分利用原有地形地貌，進(jìn)行適度改造，以最大程度隨坡就勢(shì)，地減少對(duì)原始地貌的破壞。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，能夠在建設(shè)光伏電站的同時(shí)保護(hù)山地生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙贏。

5 山地光伏電站場(chǎng)地安全風(fēng)險(xiǎn)及防護(hù)

5.1 防洪

山地光伏防洪設(shè)計(jì)中不要局限于分析場(chǎng)地內(nèi)的雨水徑流，還需分析紅線外周邊山體的情況，利用地圖識(shí)別分水嶺、各水系的關(guān)系及洪水影響范圍等。具體措施如下：山地光伏電站位于山谷內(nèi)平地時(shí)，應(yīng)在廠區(qū)外上方山坡設(shè)置截洪溝；山地光伏電站位于大的山坡上，在廠區(qū)下方周邊設(shè)置排洪溝。

5.2 邊坡

在山地光伏電站建設(shè)中，由于地形條件限制，施工和檢修道路設(shè)計(jì)以及場(chǎng)地平整時(shí)必須進(jìn)行大量的開(kāi)挖和填筑，從而形成大量的人工邊坡。這些人工邊坡內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)會(huì)隨著邊坡形成過(guò)程中的變化而改變，導(dǎo)致應(yīng)力的重分布和應(yīng)力集中等效應(yīng)。此外，長(zhǎng)期的雨水沖刷、風(fēng)化等地質(zhì)因素也會(huì)不可避免地導(dǎo)致部分邊坡失穩(wěn)，形成不穩(wěn)定的邊坡。因此，在總圖設(shè)計(jì)階段，必須充分考慮邊坡的防護(hù)和加固，以確保道路的運(yùn)行安全和場(chǎng)地邊坡的穩(wěn)定性。

5.3 火災(zāi)

光伏發(fā)電站中容易引起火災(zāi)隱患的設(shè)備主要有充油變壓器、逆流箱、逆變器和配電柜等。在光伏發(fā)電站的安全管理中，預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生同事，應(yīng)在電站周邊設(shè)置好火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和自動(dòng)滅火系統(tǒng)，防止電廠外部火災(zāi)的蔓延。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著光伏電站的大量建設(shè)，大面積平坦的未利用地越來(lái)越少，光熱充足的我國(guó)西南山區(qū)越來(lái)越受到重視，山區(qū)光伏電站的建設(shè)是一個(gè)發(fā)展的長(zhǎng)期趨勢(shì)。本文從選址、平面布置、豎向布置、道路設(shè)計(jì)及地安全風(fēng)險(xiǎn)及防護(hù)等方面，對(duì)山地光伏電站總圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行的全方位的探討，為后續(xù)山地光伏的總圖設(shè)計(jì)提供較好的參考。