能源新发展理念下广西区内光伏电站设计思路探析

罗金库

(中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

近年来，为实现双碳目标，光伏发电产业快速发展。太阳能发电通过规模化的发展促进了制造成本、建设成本的不断降低，其电价的竞争优势在不断显现。

由于光伏电站单位容量占用土地面积大，因此，随着光伏发电装机容量不断上升，光伏电站面临的土地资源制约将越来越明显。特别对于地属喀斯特地貌的地区，地形地貌复杂多变，可利用土地资源非常有限，且广西区内光伏电站的开发多以地面光伏为主[1]，土地资源更加紧缺，因此为顺应碳达峰碳中和新理念下能源发展的新形式，本文以节约用地为原则，以工程设计经验为依托，对广西区内光伏发电项目开发设计进行探析，以寻求更为实际和节约土地的开发设计思路。

1 自然资源条件

1.1 太阳能资源条件

广西位于中国最南部，各地年太阳总辐射为3 682.2～5 642.8 MJ/m2，根据太阳能资源区划指标，广西可以划为太阳能资源很丰富区、资源丰富区(包括一级资源丰富区、二级资源丰富区和三级资源丰富区)、资源一般区，具体区分细节如图1所示、表1所列。

表1 广西太阳能资源区划指标

图1 广西太阳能资源区划图

因此，根据广西太阳总辐射及日照小时数分布特点分析，广西区内太阳能资源条件优劣态势由南部向北部逐渐降低。

1.2 土地资源条件

广西地属喀斯特地貌，地形复杂多变，基本呈山多地少，滩涂及水面区域用地也极为有限。根据2021年10月广西第三次全国国土调查主要地类数据公布显示，广西区内各地类数据如见表2所列。

表2 广西各地类三调数据表

2 广西区内光伏项目建设特点

2.1 光伏发电用地属性

根据光伏发电项目的特点，符合政策要求的可作为光伏项目建设条件的用地属性主要为：一般农用地、园林地、未利用地、滩涂地、裸地、坑塘、水面、工矿用地、其他草地、无立木林地及宜林荒山荒地[2]。所有用地均不能压矿、不占用军事基地、不占用文物保护区、不能占用水源保护区范围、不能占用生态红线范围等，必须符合当地政府规划范围，满足地方政策要求等。在前期规划过程中，拟用土地性质应严格满足国家土地规划要求，同时应严格遵照《光伏发电站工程项目用地控制指标》执行，见表3所列。

表3 光伏发电可利用土地清单表

2.2 光伏项目的发展类型

广西地属喀斯特地貌，地形条件复杂、地势高低起伏、朝向各异、地形变化无规律、可使用面积不规则、地貌以岩石或岩石与土质混合为主。顺应市场发展，在广西区内建设的光伏项目基本为屋面光伏、水面光伏及地面光伏，其中受地形条件限制，广西区内光伏发电站的发展占主导地位是地面光伏。支架选型主要以平单轴和固定倾角为主，与实际地形相结合。

3 实际工程中面临的问题及应对构思

3.1 实际工程中面临的问题

随着光伏电站规划建设逐年增加，广西区内日照好、地势平坦、建设条件好的土地资源日趋减少。从前期规划选址、在建的或者已投产的山地光伏项目分析，山地光伏发电项目开发面临的问题，主要总结出以下几点：

1)山地地形坡度陡，光伏建设成本高，施工难度大，交通条件差，为满足组件、箱变及其他设备运输需要加大道路改扩建的投资。为满足施工要求，目前的开发条件山体坡面角度在35°以下的范围。

2)山体不规则变化导致土地利用率不高。由于山体地形的变化及朝向的不规则，阴面的山体或受山体遮挡的阳面的山体不能作为项目开发用地。根据现有项目数据分析，项目申报用地范围及实际可用用地范围相差很大，实际利用率较小。实际山地光伏项目用地数据分析表见表4所列。

表4 实际山地光伏项目用地数据分析表

3)项目用地分散不连片。开发建设光伏项目为符合用地属性的同时还要满足光照条件及施工条件的要求，同一个项目用地会由几个甚至几十个小地块组成才能满足项目容量要求。各地块之间的距离从数百米至数千米不等，既增加施工难度，又增加站内线路的投资成本。某项目用地地块分布如图2所示。

图2 某项目用地地块分布图

4)土地资源紧缺，有限的土地资源无法承受大规模的持续发展。总结以往设计经验，建设1 MW山地光伏占地面积约为20亩，广西山地多平地少、林地多耕地少、人多地少，是大力持续发展光伏发电项目受限的一致命因素，很多符合用地属性的宜林荒山荒地和无立木林地，根据现场条件分析又不能满足施工条件等，因此可供开发利用的土地较少。而从广西近几年光伏发电站的发展来看，已投产的、在建的以及2021年已经审批下达的指标总容量为2 320.2万kW，即23 202 MW，需要的满足建设光伏发电站的土地面积为464 040亩。

3.2 应对的开发设计构思

3.2.1 充分利用闲置土地作为开发场地

闲置土地是指不能另作他用的、荒弃的、土地性质又符合建设光伏发电项目的土地。

1)利用闲置灰场。灰场作为燃煤电站必不可少的一部分，占地面积大，场地适当处理可作为光伏发电项目的场址。光伏电站建成后可可有效缓解地方电网的供需矛盾，优化系统电源结构，减轻环保压力，同时利用闲置灰场回填地面，提高土地的综合效益，实现科技高效的循环利用，促进地区经济可持续发展。

在建某光伏项目利用广西区内某燃煤发电厂闲置灰场作为开发场地，灰场总占地面积约1 700亩，项目建设规模80 MW。场地覆土回填处理后地势平坦，交通便利，不受地形坡度朝向影响，场地利用率高。

2)利用高速公路、铁路高边坡及交通枢纽区域场地。与高速公路、铁路高填高挖区域的边坡相结合以及高速公路枢纽区域作为光伏发电站址。主要利用东西向的高速公路、铁路线，这样的规划线路中高填挖边坡才会有朝南向的边坡，提高光伏利用效率。由于组件朝正南，太阳垂直照射，组件反射对该方向线路过往车辆的安全驾驶基本无影响。各线路衔接枢纽处占地较大且相对平坦，亦可作为光伏项目建设用地，避免土地资源浪费。

根据广西区内交通规划图分析，广西区内东西向高速公路分布主要有5条，总长度约2 700 km。东西向铁路分布主干线为4条，总长度约2 100 km。依据广西区内喀斯特地貌的特征，高速公路、铁路的布置形式主要为穿山、架桥及高填挖区域共3部分组成。从整体分布上分析，高填挖区域至少占总线路的1/3，即高速公路高填挖区占900 km，铁路高填挖区占700 km，边坡宽度取平均值20 m，并考虑其中的1/3高填挖段受北坡影响后计算，广西区域高速公路、铁路边坡可作为光伏项目开发场地的用地面积至少约为2 100公顷，即约31 500 hm2。结合边坡合理紧密布置，1 MW需要20亩土地计算，可开发1 575 MW容量的光伏电站。

3)利用尾矿区闲置土地。采矿区具有占地面积大、地形地质条件复杂等特点。而广西区内矿区相对较多，大部分已划定范围或已经开采，尾矿区作为已开采的部分，地形地貌已被严重破坏，特殊的地貌既不能作为农作物种植，被破坏的地质条件也不能作为其他建设项目开发。因此大量的闲置尾矿区，如能稍微处理，作为光伏项目开发建设场地是非常合适的。

尾矿区作为光伏项目开发场地，首先用地性质符合，其次光照条件好，周边无高山遮挡，尾矿区基本是已开挖平坦的山体。但是开挖较多，坑洼地带较多，地质条件不稳定，开发时需对场地进行处理，深凹地段及松散地带需要回填压实等处理。

3.2.2 利用淹没区、河道作为开发场地

广西属亚热带季风气候和热带季风气候，河流分属四大水系，即珠江流域西江水系，长江流域湘江、资江水系，红河流域百都河水系，桂南沿海诸河水系，分别流向4个方向，广西全年雨水充裕。而受噶斯特地貌限制，在雨季会出现河面水位上涨、部分区域由于雨水排不出而出现长时间淹没等现象。这些淹没区地势平坦，在雨季基本无法耕作，利用价值不高，土地性质符合光伏项目开发建设要求时可充分利用，设计时支架高度要高于最高水位的要求。

广西区内冲沟、小河道较多，这些土地既不属于基本农田范围，也不涉及生态红线等敏感性因素，在不涉及水源保护地、满足正常通航等前提下，可作为光伏项目开发建设。这类场地选址时可选河道或冲沟较宽、周边物遮挡、交通便利等区域，河宽100 m，长10 km基本可作为开发一个较大容量的光伏项目。

3.2.3 大力发展屋面光伏

1)与机场结合，在不影响机场正常运行情况下，利用机场建(构)筑物屋面及机场周边的边坡相结合作为光伏项目建设场地。机场场址一般选择在开阔且平坦的区域，光照条件良好，不受外围高大建筑物遮挡，且机场建(构)筑物屋面开阔、场外边坡高、占地面积大、且场外用地受限，因此能满足开发建设大型光伏发电项目。由于一般的光伏组件反光对机场通航有影响，在机场周边及屋面大面积铺设光伏组件，会极大地影响机场正常运行及通航安全。因此，为既能有效利用机场大面积的屋面，又能完全避免光伏组件反射光对通航安全的影响，可从两方面优化：一方面根据当地航空报告的要求，合理设置组件倾角，避免光伏组件反射光影响通航；另一方面增加组件成本，采用反射率更低的组件。两方面均能避免组件反射对通航安全的影响，但光伏发电效率会下降，成本会增加。

2)各个地方工业产业多元化渗透。因此各个地方工业企业、农业、畜牧业等生产厂房崛地而起，区域分布、规整连片。这些厂房占用大量的土地。为综合利用土地资源、节约每一寸土地，可从空间上使土地多元化、多能化发展。如结合工业厂房、农业大棚、畜牧业大棚等的屋面开发建设光伏。

3.2.4 转变观念，创新形式

作为广西区内的山地光伏，传统的形式是选择场地满足施工要求为前提，即地形自然坡度为35°以下的范围。要充分利用合规的土地，以大力发展光伏项目，必须转变观念，从结构上、形式上转变思路。有效利用自然坡度在35°～60°的部分。如采用梯田式布置方案，对于南向坡坡度较大，施工难度大，但面积较大、坡面较统一的山体，可适当增加投资，改变地形条件，比如等间距的平行横向挖2 m宽的台阶，以满足打桩机工作面，预留机械退场的通道，即可作为光伏项目开发建设。该布置形式增加土方开挖量、余土运输、余土堆场及设备运输的成本。

对于坡度较陡的东西两方向和地面起伏较大、坑洼较多的地带，可采用柔性支架的形式，从支架形式上创新，更充分利用土地资源，减少土地浪费。但柔性支架成本更高，对于目前的发展局势，柔性支架技术的不断成熟，在广西区内的发展应该会更为普遍。柔性支架布置现状如图3所示。

图3 柔性支架布置现状

4 结语

本文针对广西区内光伏项目的开发情况及发展趋势，结合实际项目用地情况及广西土地资源情况进行分析，点明了光伏项目开发对土地资源的依赖性问题。总结了现有项目经验，开拓创新，对开发光伏电站如何节约土地、合理利用土地的问题上提出一些应对构思。