浅析光伏发电技术在废弃矿山中的应用

（福建省永安煤业公司 福建大田 366100）

国家能源局发布了《太阳能发展“十三五”规划》，为了促进福建省可再生能源资源优势转化为经济优势，提高可再生能源开发利用水平，加快能源结构调整，减少煤炭等化石能源消耗对环境产生的污染，在废弃矿山中建设太阳能光伏发电站是一种有益的尝试。

1 太阳能光伏发电的基本原理

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由太阳能光伏板方阵、光伏电池组件、直流汇流箱、并网逆变器、交流配电柜等构成。

2 在废弃矿山中应用太阳能光伏发电技术

2.1 光伏电站环境监测

在光伏发电站安装PC-4环境监测仪，采集温度、湿度、风向、风速、太阳辐射、雨量、气压、光照度、露点等气象数据，为光伏发电站建设做好前期数据收集。

2.2 太阳能资源分析

光伏发电站项目位于三明市大田县上京镇，场址附近无太阳辐射气象站，距离福州辐射站、建瓯辐射站直线距离均在160km左右，辐射数据参考性较差。现将参考NASA、Metronorm公布的大田地区水平面上多年平均日太阳辐射照量进行比较，具体数据见表1。

如表1所示，NASA、Metronorm水平面太阳能辐射量基本相同，从工程计算保守起见，选取两组数据的较小值，即NASA公开数据作为计算年发电量的依据，全年太阳能辐射总量为4769.82MJ/m2。参见表2可知后畲废弃矿山太阳能资源较丰富。

表2 太阳能资源丰富程度等级

后畲废弃矿山光伏发电工程项目，属太阳能资源比较丰富的地区，该工程项目适合开发。

2.3 工程建设概况

后畲废弃矿山光伏电站项目总投资3000万元，建设总体规划用地10hm2，总装机容量5MW，年发电量550万kWh。其中，项目一期装机容量3.115MW，二期装机容量1.885MW。该项目位于大田县原上京矿务局后畲煤矿，北纬25°43′36″，东经117°41′23″，北高南低，高程 725～775m。从 1979 年矿区采矿山谷及斜坡人工堆积煤矸石，场地整体呈台阶状，同阶内场地较为平坦，地表主要为矿区作业及生活建筑，开发太阳能光伏发电项目具有较大的价值。

2.4 电气设计

（1）电气一次。工程一期项目，电池组件容量3.115MW，共3个子阵列，包含2个1MW和1个1.115MW光伏发电子阵列，共设计3个逆变器，3台升压变压器，其中：2台1000kVA升压变压器和1台1250kVA升压变压器。

供电接入系统采用10kV电压等级，以1回10kV出线T接10kV灵川线，不设置主变压器。10kV配电装置共1回光伏进线、1回出线、1回站用变、1回无功补偿装置，进出线回路少，10kV系统采用单母线接线。

计算机监控系统设有通信管理机及测控柜。10kV设备、220V直流系统、UPS采用硬接线接入测控装置，其他设备采用通信方式与通信管理机进行连接。

（2）电气二次。光伏电站计算机监控系统监控范围主要有：汇流站区10kV断路器、接地开关，母线PT及无功补偿设备；220V直流系统，100Ah免维护铅酸蓄电池，UPS，光伏区的逆变器和箱变高压侧断路器等。控制台与二次屏位均布置于配电装置楼内的二次设备间，不设置单独的控制室。

2.5 土建工程设计

土建工程的范围为光伏电站围栅内所有土建设施，地面光伏组件采用11×2块/组串布置，光伏组件固定倾角21°，光伏组件最低点距离地面300～500mm。支架采用传统双立柱结构型式，支架前后立柱间距约2m，沿组串方向每榀支架间距约3m。每块组件下设2根纵向钢次梁沿组串方向通长布置，采用铝合金压块固定组件于钢次梁，钢次梁采用螺栓与支架斜橫梁连接，螺栓连接均为绞接。支架应满足基本风压0.35kN/m2条件下承载力、稳定性及变形的要求。组件支架前后立柱的柱脚采用U型螺栓与基础顶面连接。

独立基础布置：支架前后立柱间距约2m，每榀支架间距3m，每全柱脚设1独立基础，每个组串共8个独立基础。基础落在人工堆积煤矸石层，地基土承载力特征值fak=180-200kPa。独立基础施工工艺简单，要求光伏场地比较平整，尽量减少场地高低起伏。地面光伏组串数量515组，独立基础钢筋砼用量约1350m3。

2.6 主要技术经济指标

（1）工程静态投资：2231.85 万元。

（2）多晶硅和单晶硅电池组件数量：11330块。

（3）1MW/1.25MW集中式逆变器：2/1台。

（4）平均年发电量：307.448 万 kWh。

（5）投资回收期：10.51a。

（6）项目投资内部收益率（税前）：7.79%。

（7）上网电价前20年按0.85元/kWh，后5年按脱硫标杆电价。

光伏电站项目2017年8月开始建设，于2017年12月29日投产，一期项目实际总投资2021.3万元。2018年4月至2019年4月，年发电量达355.63万kW，年光照发电利用小时数达1141.67h，比可研报告年发电利用小时数986.75h，超过87.26h，预计8年就可收回投资成本，取得很好的经济效益。

2.7 项目建设的意义

（1）改善生态，保护环境的需要。太阳能是清洁的、可再生的能源，每年可替代标煤约0.097万t，减少灰渣产生量约0.02万 t，减排 SO2约 1.45t，NOx 约 1.32t，CO2约 0.20 万 t，环境效益明显。

（2）促进能源电力结构调整。我省传统火力发电企业占比大，对改善电力资产结构，响应并支持国家政策具有重要的意义。

（3）对煤矿企业尾矿利用起到良好的示范作用。作为我省首个利用废弃矿山建设的光伏电站，有利于对同类型煤矿进行转型升级，起到良好的示范作用。

3 结语

习总书记提出“绿水青山就是金山银山”，现阶段，我省大力开展矿山生态修复探究工作，对矿山区域生态系统修复，促进经济可持续发展，提高人民生活水平获得感，具有十分重要的意义。我司在治理改造废弃矿山再利用，把不毛之地打造成为全省的废弃矿山修复示范点，真正做到了矿山废弃地的二次利用。该工程项目可替代标煤约2.46万t，减少灰渣产生量约 2.04 万 t，减排 SO2约 2250t、NOx 约 1125t、CO2约 2.04 万 t。发展前景广，运营成本低，经济效益和生态效益明显，适用于国内大部分废弃矿山。废弃矿山光伏发电为实现资源再利用的理念做了有益的尝试和探索，对我省矿山环境修复和可持续发展具有重要的借鉴意义。