尾矿库区太阳能光伏电站平面与竖向布置应用研究

蔡湘雯，王 誉，李 丹

(中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，长沙 410007)

尾矿库区太阳能光伏电站平面与竖向布置应用研究

蔡湘雯，王 誉，李 丹

(中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，长沙 410007)

在我国境内有大面积的尾矿库有待二次开发利用，而光伏电站的布置一般需占用较大土地面积。如能将二者结合，则既能解决光伏发电的用地问题，也实现了尾矿库的再利用。文中将结合实际项目从总平面布置、竖向布置、安全风险等角度对尾矿库区太阳能光伏电站项目进行分析讨论。

尾矿库；光伏电站；总平面布置；竖向布置

0 引 言

尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。在我们广阔的国土上，存在着大量废弃的尾矿库、排土场、露采坑以及因采矿破坏的荒山荒地，如何加以有效的利用这些土地资源是一个有待研究的课题。

而当前，世界范围内能源供需之间的矛盾日益突出，对可再生能源的需求也愈加迫切，资源极其丰富的太阳能作为可再生能源的代表，目前的主要利用方式有光伏及光热两种。但太阳辐射能能量密度较低，为获取足够太阳辐射，光伏或光热发电均需占用较大土地面积进行布置。而将太阳能光伏发电与尾矿库相结合，则不但解决了光伏发电的用地问题，也能较好的实现尾矿库的再利用。

文中将结合利用尾矿库区进行布置的江西省某太阳能光伏电站项目进行分析，以供专业参考。

1 项目概况

本项目所在尾矿库已于2013年完成闭库验收，库区三面环山，山坡植被良好，属低山丘陵地貌。尾矿库闭库后最终标高为137.0 m，整个库区内场地平整，几乎没有高差。库区内为防止雨水、渗流冲刷及粉尘飞扬，在尾矿库内干滩面上覆盖粘性土厚0.2 m，并在库内干滩面上设置了排水沟。库内干滩面排水沟分干滩面主排水横沟、次排水横沟、主排水纵沟、次排水纵沟四种U形断面排水沟。

光伏电站项目规划容量为21 MW，共分19个单元，每一个单元为1.1 MW，配一台逆变器和箱变。

2 总平面布置

根据建站地区纬度计算，本工程电池方阵的最佳固定倾斜角度为20°，最终取组件之间间距为2.5 m。东西向电池板支架间距保留有可以过人的检修通道，取为0.5 m。

在布置光伏板时，考虑合理利用场地的同时，以不扰动原有的排水系统为原则，所有光伏板均避开排水沟，布置在被排水沟分割而成的条形区域内，为方便电缆布置，尽量选取主排水沟同侧的就近区域内的光伏板组成同一阵列。

由于尾矿库区内特殊的地质条件，光伏电站开关站不宜布置在库区内部，应于库区外选择合适站址。本工程中结合进站道路、出线方向、地质条件等外部因素，将开关站布置于库区东南方向的山坡处。

为满足消防、检修维护和巡视需要，站区内设置环形道路及东西向、南北向各一条贯通道路。道路布置基本沿排水沟方向，站内道路路路面宽4 m，路面与排水沟之间留出0.5 m路肩宽度，道路排水利用已有排水沟，采用单坡向排水。路面结构采用碎石路面，在穿过排水沟的路段，根据跨度不同，采用埋涵管覆土或铺设钢盖板的形式跨过排水沟，保证排水沟的通畅。在道路交叉口处，由于跨越沟道面积较大，采用埋涵管覆土的形式易造成堵塞且难以疏通，建议在沟道上方铺设钢盖板。

逆变器的布置考虑到便于电气接线，并尽量减少电缆长度，减少电能损耗，尽量将其置于每个方阵的中心位置，并紧邻检修道路，方便进行安装检修。光伏电站总平面布置图详如图1所示。

图1 光伏电站总平面布置图

3 竖向布置

尾矿库区滩面原有竖向布置为外高内底，整个滩面覆土后形成了两个平台面，再通过人工形成两个顺坡坡度1%的斜坡面，将干滩面大气降水排入尾矿库排洪系统进水口处。尾矿库后已建成一条城门洞型排水隧洞，横断面为1.5×1.8 m，隧洞出口采用排水明渠接排水明渠，可满足五百年一遇设计洪峰过流量要求。

场地内有一处低洼区域，由于常年排水不畅，导致该区域内积水较深，有沼泽化趋势。在本项目建设过程中，将对此区域进行治理，首先将水抽干排出，然后通过抛石挤於，改善区域内地质承载力。最后将开关站产生的挖方余土将此区域回填至设计标高，并完善区域内排水沟，以免再次形成沼泽。

由于场址自然地形平缓，光伏区竖向布置以尽量减少对自然地面的破坏，减少水土流失，节省投资为原则，不进行大面积场平。但由于库区内覆土受到冲刷及自然沉降的影响，部分区域标高已低于库区闭库标高，在本项目设计中将原场地标高作为光伏支架基础零米设计标高，在基础施工完成后，恢复站区内原有排水坡度。

4 安全风险

由于光伏发电站建设在尾矿库已经覆土植被的干滩面上，尾矿库的安全稳定状态对光伏电站有着及其重要的作用，只有保持尾矿库本身的安全才能确保光伏电站的安全。

项目在建设期间，伴随着基础开挖、安装场地平整、施工道路施工、管理区建设、临时堆土等施工活动，将扰动原尾矿库滩面地表、破坏地表形态、损坏植被，导致地表裸露、土层结构破坏；尤其是项目建设可能对尾矿库滩面排水主次沟的破坏，会影响尾矿库滩面的正常排水；误将杂物堵塞排洪隧洞，则有可能因库内洪水不能及时排出而导致洪水漫坝进而最终造成尾矿库的溃坝；施工时如果将坝体排渗设施损坏而又没有及时修复，则会导致坝体浸润线升高使坝体处于不稳定状态。在项目运行过程中，则可能因没有保护好排洪设施而导致排洪系统堵塞或损坏，进而产生安全隐患。

通过上述分析可见，尾矿库主要安全风险的出现多与库区的防排洪设施有关，保护好防排洪设施是保证项目安全建设运行的重点。

在项目建设过程中，首先需要合理的施工组织安排。在施工开始前，应组织施工人员进行全面的安全教育及交底。施工开始应以路通为先，在通过沟道处做好跨越措施，道路施工完成后施工设备方可进场。项目的占地面积较大，宜多人分场地同时安装、施工，而施工作业面的展开应尽量以被排水沟划分的不同区域为界，避免重型机械在未处理的排水沟上通过，对已损坏的排水沟要及时修复。不得在排水沟内堆放物品或土石，对主排水沟及排洪隧洞要注意及时清理，避免淤塞。

在项目建成投产后，站区的安全巡检人员应同时对尾矿库设施进行定期巡检排查，或由矿山企业协同进行安全巡检，做到及时发现隐患，及时处理。

5 结束语

尾矿库为光伏发电提供了较为良好的建设条件，而合理的尾矿库再利用也符合了我国的用地政策要求，切实落实了保护耕地的基本国策，因地制宜，合理布置，提高土地的利用率。

在利用尾矿库开发光伏太阳能发电项目的同时，也有几个问题需要注意：项目开发应采用已完成闭库安全验收的尾矿库区，保证项目建设及运行的安全；项目的平面与竖向设计需要注意与一般平原场地的异同，结合实际，合理划分布置区域及组织交通；尾矿库内的地质条件不适宜建设开关站相关建构筑物，需在库外选址；矿砂可能对光伏板基础所采用的钢筋混凝土结构产生腐蚀作用，须注意基础的防腐；尾矿库的安全问题尤为重要，在项目的施工及运行期间，需要加强安全管理，及时发现并处理安全隐患。

利用尾矿库区进行太阳能光伏电站的建设可以做到不占用耕地、不破坏环境，同时实现尾矿库的环境治理和矿山转型可持续发展。在全国各地尚有许多同类型的场地的情况下，合理的进行太阳能光伏项目的开发，不失为一个值得进一步研究及探讨的方向。

[1] 武一琦.火力发电厂厂址选择与总图运输设计[M]．北京：中国电力出版社，2005．

[2] 杨金焕, 于化丛, 葛 梁. 太阳能光伏发电应用技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2009.

[3] 光伏电站设计规范.(GB 50797—2012).

[4] 地面用光伏(PV)发电系统概述和导则.(GB/T 18479-2001).

[5] 光伏系统并网技术要求.(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，湖南长沙人，高级工程师 本科 主要从事电力行业总图运输规划和设计工作。

TK511

B

1009-3230(2015)12-0027-03