山地丘陵太阳能光伏场地的总图竖向布置方案比选

宋晓萌

( 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710075)

0 引言

近年来国内外新能源项目增长迅速，太阳能光伏发电项目以其取之不尽用之不竭、随处可得、运行成本低、维护简单、建设周期短等优点[1]被各国电力行业所重视，已成为现代产业中较为成熟的商业化发展新型能源之一，但由于其占地面积大的原因，选址愈发偏向山地丘陵地区，为了维持可持续发展的生态环境，竖向布置方案的确定为设计施工带来了一系列新的要求，本文针对山地丘陵太阳能光伏项目进行总图竖向布置方案比选。

1 场地竖向布置

1.1 场地竖向布置概念

场地竖向布置，是对自然场地进行垂直方向的高程(标高)设计布置；既要满足光伏场地的工程需求，又要满足光伏项目安全、美观等方面的要求[2]。光伏场地竖向布置，应与光伏场地总平面布置同时考虑，配合进行设计。

1.2 影响场地竖向布置的因素

1)自然地形地貌

太阳能光伏项目工艺较为简单，但占地面积较大，应尽量利用自然地形，并加以改造进行竖向布置，使改造后的设计地面能够满足防洪(涝)、光伏发电等使用要求。

2)场地排水

太阳能光伏项目应有完整有效的排水系统，保证场地雨水能够顺利排除，在特殊地区例如山地场地或滨海场地时，应特别考虑防洪(涝)、排洪(涝)等问题，使场地不受洪水的威胁[3]。

3)土方工程量

太阳能光伏项目应利用地形进行合理改造，尽量使土石方填挖量最小。对地形图进行仔细研读，统一考虑场区内土方平衡问题，对土质、土壤松散系数及压实系数进行落实，尽量使整个场区填挖平衡且数量最优。尽量避免不必要的取弃土和重复挖填等现象[4]。

4)水土流失

太阳能光伏项目应尽量对地面地表进行维护以及及时修护，防止水土流失现象的发生。

5)必要的工程设施

太阳能光伏项目需合理布置竖向设计时必要的工程设施(如挡土墙、护坡等)和排水构筑物(如排洪沟、排水沟等)。

1.3 场地竖向布置方式

1)完全场平布置

对整体场地进行平整，完全修改自然等高线，改变其自然地形坡度从而进行竖向布置，通常适用于工期紧或对支架安装有要求的场地。

2)完全不场平布置

对整体场地不进行平整，完全不改变其自然地形坡度，进行竖向布置，通常适用于整体坡度较小或对支架安装要求不高的场地。

3)局部场平布置

对地形图进行精细化设计，利用软件(如civil 3D)辅助对地形图进行坡度分析，从而缩小场平的范围，再对需要场平的场地进行局部竖向处理，进行竖向布置。通常适用于一部分场地坡度较小，一部分场地坡度较大的场地。

2 工程实例

以下通过工程实例，结合上述三种竖向布置方式，对总图竖向布置方案进行比选。

2.1 工程概述

某45MW 光伏发电工程，分为两个地块进行布置(如图1 所示)，分别为地块一30MWp和地块二15MWp。本工程地块一地形较为复杂，故以下仅对地块一进行竖向布置方案研究。

图1 电站地貌

2.2 场地竖向方案对比

地块一场地区域内地形较为开阔，无自然高深陡坎和深切沟谷，原自然地形(见图2)西南高东北低，地势上由西南向东北倾斜，中部有一较大土丘，利用Autodesk Civil 3D 软件进行坡度分析(见图3)，地块一坡度大部分小于4%，西侧与东北侧坡度大部分为4%～8%，局部坡度大于8%。

图2 原始地形图

图3 坡度分析图

1)方案一：完全场平布置

a.场地排水

地块一按完全场平布置，如图4 所示，场地以外排水方向大约为西南至东北，场地西南侧主要为填方，需修筑排水沟。

b.土方量

场地分析：地块一场地坡度由西南朝向东北，以土方平衡最优为标准进行平整，南北坡向-1.7%，东西坡向-0.2%，场地最低点位于场区北侧，最低标高为1 505.20 m；最高点位于场区南侧，最高标高为1 523.00 m。

全场地整平需填土92.5 万方，挖土92.8 万方，不包含边坡，土方基本平衡（见图4）。

c.边坡挡墙设施

根据场平整体标高，需规划边坡及挡墙（见图4）。

图4 完全场平示意图

d.水土流失

由于大面积对场地进行平整，植被破坏严重，需对场地进行植草或种植农作物以保证水土不流失。

e.容量及总平面布置

本布置容量可达41.87 MW（支架南北向净距为3.1 m），总平面布置如图5 所示。

图5 方案一总平面布置图

2)方案二：完全不场平布置

a.场地排水及边坡挡墙设施

地块一按完全不场平进行布置，维持地表原貌，排水方向不受阻挡，可不进行排水措施设计及边坡挡墙修筑。

b.土方量

全场区整平土方按0 方计算。

c.水土流失

考虑到对环境的不利因素以及对植被的保护，不对场区进行场平，维持地表原貌，保证水土不流失，仅考虑光伏支架处的植被恢复。

d. 容量及总平面布置

本布置容量可达28.91 MW（支架南北向净距为3.0 m ～8.5 m ），总平面布置如图6 所示。

图6 方案二总平面布置图

3)方案三：局部场平布置

既充分考虑太阳能光伏项目的最优土方，又考虑到保护环境及防止水土流失，对上述两个方案进行折中，采取局部场平的布置方式进行平整。

a.场地排水及边坡挡墙设施

地块一按局部场平进行布置，如图7 所示，大部分维持地表原貌，仅坡度较大处平整，排水方向基本不受阻挡，仅局部对平整处进行排水措施及边坡挡墙修筑。

图7 局部场平示意图

b. 土方量

地块一大部分场地坡度为1%～4%，按照不大范围进行整平的原则对其进行平整分析：对场地西北侧、东北侧自然坡度大于4%的部分进行平整，设计坡度约为3%～4%，是为填方；场地北侧、中部及东南侧的山包按挖方计算，对其进行推平平整，是为挖方。

局部场平需填土29.5 万方，挖土30 万方，不包含边坡，土方基本平衡。

c.水土流失

本方案仅局部进行平整，故对原地形破坏有限，现场在能够维持地表原貌的条件下进行施工，仅考虑光伏支架处的植被恢复，以保证水土不流失。

d. 容量及总平面布置

本布置容量可达32.64 MW（利用Autocad Civil 3D 和Helios 3D 软件，通过实测地形图的地模建立以及根据纬度及支架角度等计算，确定南北向净距，局部整平净距为4 m，其余为3.5 m ～7.5 m），总平面布置如图8 所示。

图8 方案三总平面布置图

2.3 场地竖向方案分析

2.3.1 竖向方案优缺点分析

1)方案一

优点：布置容量最大，约41.87 MW。

缺点：土方量最大(填方92.5 万方，挖方92.8 万方)，挡墙护坡及排水沟工作量最大，土地植被破坏最严重，需对水土保持实施适当的措施。

2)方案二

优点：土方量最小(挖填方均为0)，挡墙护坡及排水沟工程量为0，仅对光伏支架处进行适当的植被恢复。

缺点：布置容量最小，约28.91 MW。

3)方案三

优点：土方量适中(填方29.5 万方，挖方30 万方)，挡墙护坡及排水沟工作量较小，土地植被破坏有限，仅需对光伏支架处及局部平整处进行适当的植被恢复，以保证水土不流失。布置容量合适，约32.64 MW。

缺点：局部平整处仍对地形地貌有破坏作用，在适当的地方需增设排水措施。

2.3.2 技术经济比较表

方案一、方案二、方案三具体经济比较如表1 所示。

表1 技术经济比较表

②土方外运(购)费用按80元/m3计算。

2.4 分析结果

通过以上分析，方案一装机容量最大且施工实行度较易，但土石方量大，挡墙护坡及排水沟工程量较大，投资最大、对水土保持影响最大；方案二土方量最小、对水土保持影响较小、投资小，但施工实行较为困难且装机容量最小；方案三土石方量较小，投资虽较方案二有所增加，但装机容量合适，对水土保持影响较小，施工进度较快投资小，综合比较，方案三可作为设计推荐方案。

3 结语

结合现实情况，利用此类地形建设光伏电站的情形逐渐增多，在全国各地尚有许多同类型地区，为了水土保持以及不破坏自然生态平衡，应合理地进行太阳能光伏项目的开发，针对局部场平布置进行更加优化及精细的计算，保证土方量最小最优的同时合理满足生产和使用的要求，不仅能加快建设进度，更能达到节约基建费用投资的目的。