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关于甘肃省采煤沉陷区发展光伏项目的构想李旭东(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司,甘肃 兰州 )摘要:我国作为最大的煤矿大国,采煤沉陷区发展光伏项目有着重大的意义,在“碳达峰、碳中和”的国家战略目标背景下,甘肃省加快推进采煤沉陷区综合治理的战略布局.利用采煤沉陷区发展光伏发电综合治理项目,以“光伏生态治理”模式治理采煤沉陷区土地,不仅可以有效利用生态植被脆弱的闲置土地,还可以利用太阳能清洁能源改善当地能源结构,推动资源型城市的转型发展,达到多方面共赢的效果.关键词:碳达峰、碳中和;新能源发电;采煤沉陷区;光伏;生态治理中图分类号:TM D O I:/j c n k i d g j s I d e a so fD e v e l o p i n gP h o t o v o l t a i cP r o j e c t s i nC o a lM i n i n gS u b s i d e n c eA r e a s i nG a n s uP r o v i n c eL IX u d o n g(D e s i g na n dR e s e a r c hI n s t i t u t eC o,L t d,G a n s uP r o v i n c i a lW a t e rR e s o u r c e sa n dH y d r o p o w e rS u r v e y,L a n z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:C h i n a i s t h e l a r g e s t c o a lm i n i n gc o u n t r y I t i so f g r e a t s i g n i f i c a n c e t od e v e l o pp h o t o v o l t a i cp r o j e c t s i nc o a lm i n i n gs u b s i d e n c ea r e a U n d e r t h eb a c k g r o u n do f t h en a t i o n a l s t r a t e g i cg o a lo f c a r b o np e a ka n dc a r b o nn e u t r a l i t y,G a n s uP r o v i n c eh a sa c c e l e r a t e d t h e s t r a t e g i c l a y o u t o f c o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n t o f c o a lm i n i n gs u b s i d e n c ea r e a s U t i l i z i n gc o a lm i n i n gs u b s i d e n c e a r e a t od e v e l o p i n t e g r a t e dc o n t r o l p r o j e c t o f p h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o n,a n d t h e p h o t o v o l t a i c e c o l o g i c a l g o v e r n a n c e m o d e l t om a n a g e t h e l a n d i nc o a lm i n i n gs u b s i d e n c ea r e a s,c a nn o to n l ye f f e c t i v e l yu s e i d l e l a n dw i t hf r a g i l ee c o l o g i c a l v e g e t a t i o n,b u ta l s ou s es o l a re n e r g yc l e a ne n e r g yt oi m p r o v et h el o c a le n e r g ys t r u c t u r e,p r o m o t et h et r a n s f o r m a t i o na n dd e v e l o p m e n to f r e s o u r c e b a s e dc i t i e s,a n da c h i e v ew i n w i nr e s u l t s i nm a n ya s p e c t s K e yw o r d s:c a r b o np e a ka n dc a r b o nn e u t r a l i z a t i o n;n e we n e r g yp o w e rg e n e r a t i o n;c o a lm i n i n gs u b s i d e n c ea r e a;p h o t o v o l t a i c;e c o l o g i c a l g o v e r n a n c e收稿日期:引言为深入贯彻落实国家和甘肃省关于支持资源型地区转型发展和采煤沉陷区综合治理决策部署,甘肃省各部门联合印发了 甘肃省采煤沉陷区综合治理规划(年),全面系统地梳理了全省采煤沉陷区现状,全省采煤沉陷区包括 个市州的 个县市区,现有采煤沉陷区面积约为 万亩,影响人口约为 万人.其中,确定责任主体灭失、危害严重的重点采煤沉陷区为白银市平川区、平凉市华亭市、张掖市肃南县、兰州市七里河区,沉陷区面积约为 万亩;一般采煤沉陷区包括兰州市红古区,金昌市永昌县,酒泉市肃北县、金塔县,张掖市民乐乡、山丹县,武威市古浪县、天祝县,白银市景泰县、靖远县,平凉市崇信县,陇南市武都区、两当县、文县,庆阳市环县,甘南州舟曲县,沉陷区面积约为 万亩.甘肃省采煤沉陷区概况甘肃省已有采煤沉陷区治理取得了显著成效,但因沉陷区经济发展过度依赖煤炭资源,要素集聚能力弱,产业结构单一等问题,综合治理难度仍较大.在“碳达峰、碳中和”上升为国家战略目标背景下,在国家加快推进采煤沉陷区综合治理的战略布局下,以新能源产业为带动,以多模式多产业相融合,激发沉陷区综合治理新活力,带动和培育沉陷区战略性新兴产业和村集体经济发展,形成沉陷区高效和绿色治理的新机制、新模式.甘肃省采煤沉陷区分类见表;甘肃省采煤沉陷区现状如图所示.表甘肃省采煤沉陷区分类表采煤沉陷区分类县市区名单重点采煤沉陷区(市县区)白银市:平川区;平凉市:华亭市;张掖市:肃南县;兰 州 市:七 里河区一般采煤沉陷区(市 县区)兰州市:红古区;金昌市:永昌县;酒泉市:金塔县、肃北县;张掖市:民乐乡、山丹县;武威市:古浪县、天祝县;白银市:靖远县、景泰县;平凉市:崇信县;庆阳市:环县;陇南市:武都区、两当县、文县;甘南州:舟曲县甘肃省新能源发展概况为支撑如期实现“双碳”目标,推进能源清洁低碳转型,提高能源安全保障能力,国家重点布局以沙漠、戈壁、新能源系统与设备电工技术图甘肃省采煤沉陷区现状图荒漠地区为重点的大型风电光伏基地.规划以库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠为重点,以其他沙漠和戈壁地区为补充,综合考虑采煤沉陷区,规划建设大型风电光伏基 地.到 年,规 划 建 设 风 光 基 地 总 装 机 约 亿k W,其中库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠基地规划装机 亿k W,采煤沉陷区规划装机 亿k W,其他沙漠和戈壁地区规划装机 亿k W.甘肃省包括腾格里和巴丹吉林沙漠规划风光装机总规模 万k W.甘肃省风能、太阳能、水能、石油、煤炭、天然气等能源种类齐全、资源丰富,在国家能源发展战略中占有重要地位.甘肃省新能源可开发量整体位居全国前列,根据中国气象局 年资源评估成果,m高度风功率 W/m以上,全国风能技术开发量 亿k W,其中甘肃 亿k W,全国排名第,随着低风速风机的普及利用,风资源开发量还将进一步提升;全国光伏发电技术开发量 亿k W,其中甘肃 亿k W,全国排名第,开发利用空间巨大.截至 年底,甘肃省发电装机容量为 万k W,其中火电装机 万k W,水电装机 万k W,风电装机 万k W,光伏装机 万k W,光热装机 万k W,新能源装机总占比为 ,逐步构建以新能源为主体的新型电力系统.采煤沉陷区发展新能源重要意义()发展光伏等新能源项目是采煤沉陷区综合治理的重要举措.采煤沉陷区基本分布于太阳能资源丰富地区,依托富集的资源禀赋,因地制宜探索“光伏生态治理”新模式,利用采煤沉陷区土地资源,以区域电网为支撑,以输电通道为牵引,以高效消纳为目标,统筹太阳能资源、土地资源及消纳条件,优先治理重点沉陷区,规划布局一般沉陷区,是助力实现“碳达峰、碳中和”战略目标,协同推进采煤沉陷区综合治理和能源绿色低碳发展的重要举措.()发展光伏等新能源项目是促进沉陷区生态修复的重要抓手.结合国内成熟的“光伏”等新能源生态治理经验,通过立体布局,充分发挥光伏空间作用,以组件板减少蒸发,以组件基础固基,以板下种植养殖,通过垂直综合应用,走出一条新能源发电、沉陷区治理、生态修复、种植养殖、富民利民的科学共赢综合治理之路,以立体科学的治理模式践行新时代生态文明思想,同时为碳中和背景下的“新能源采煤沉陷区综合治理”提供大规模应用推广和实践.()发展光伏等新能源项目是助力沉陷区产业多元化发展的有效手段.随着技术的进步,以“光伏”为代表的新能源应用场景已经多元化落地,同时国内各地开展的“光伏生态修复”“光伏农业”等多种综合应用模式取得显著成效并逐步向全国推广,“光伏”综合模式在不改变土地属性的前提下,实现“一地多用”“一地多产”,在围绕光伏发电与沉陷区治理、种植业、养殖业有效结合发展的同时,实现光伏发电、生态治理、农牧经济的协调统一.()发展光伏等新能源项目是推动沉陷区长效治理的动力引擎.以光伏为代表的新能源治理模式投资主体主要为央企和优质民企,企业资本雄厚,投融资渠道多元.当地政府给予投资企业适当政策(土地、电价等),支持开展沉陷区综合治理模式,投资企业通过光伏项目电量收益回收投资成本的同时反哺生态治理和当地产业,形成“投入治理收益带动”的正反馈良性循环,而光伏项目建设周期短、建成投运后稳定运行时间长(达到 年),光伏项目稳定的运行周期有利于长效扶持和带动当地产业,运行周期可以覆盖当地产业的培育、发展、壮大所需要的产业周期.以新能源项目为主干,以当地特色产业为分支,不仅能促进当地产业培育和发展,而且能提升当地特色产业的市场竞争力.光伏等新能源项目与采煤沉陷区治理、生态修复、乡村振兴构成互补互济发展的正向闭环反馈,是采煤沉陷区综合治理的重要引擎.适宜发展光伏的采煤沉陷区概况采煤沉陷区是由于长期大规模的地下煤层开采形成采空区,随着采空区面积的不断扩大,煤层的顶板(覆岩)失去支撑,顶板岩层随之发生弯曲、断裂、垮落,产生倾斜变形和水平移动,形成地表沉陷现象.采煤沉陷区的治理一直是难点,且传统的填土造地复垦或非充填治理都存在土地利用单一化、整体经济效益不够理想的缺点,需与地区发展统筹规划,因地制宜地选择合适的治理模式.利用采煤沉陷区发展光伏发电综合治理项目,以“光伏生态治理”模式治理采煤沉陷区土地,不但可以有效利用生态植被脆弱的闲置土地,还可以利用太阳能清洁能源改善当地能源结构,打造林(草)光互补一体化空间综合利用示范区,实现土地立体利用、发电效益和沉陷区治理三赢,推动资源型城市转型发展.结合甘肃省采煤沉陷区界定分类结果和调查情况相关报告,兰州市、金昌市、白银市、张掖市、平凉市、庆阳市采煤沉陷区总面积较大,太阳能资源富集,适宜利用沉陷区土地开展光伏电站建设,探索“光伏生态治理”新电工技术新能源系统与设备 模式.()兰州市.兰州市采煤沉陷区主要分布于七里河区和红谷区,涉及个采煤沉陷区,总面积约为 亩,其 中 核 心 区 面 积 亩,毗 邻 影 响 区 面 积 亩.()金昌市.金昌市采煤沉陷区主要分布于永昌县,涉及个采煤沉陷区,总面积约为 万亩,其中核心区面积 亩,毗邻影响区面积 万亩.()白银市.白银市采煤沉陷区主要分布于平川区、景泰县和靖 远 县,涉 及 个 采 煤 沉 陷 区,总 面 积 约 为 万亩,其中核心区面积 万亩,毗邻影响区面积 万亩.已实施治理面积 亩.()张掖市.张掖市采煤沉陷区主要分布于山丹县、民乐县和肃 南 县,涉 及 个 采 煤 沉 陷 区,总 面 积 约 为 亩,其中核心区面积 亩,毗邻影响区面积 亩.已实施治理面积 亩.()平凉市.平凉市采煤沉陷区主要分布于华亭市和崇信县,涉及 个采煤沉陷区,总面积约为 万亩,其中核心区面积 万亩,毗邻影响区面积 亩.已实施治理面积 万亩.()庆阳市.庆阳市采煤沉陷区主要分布于环县,涉及个采煤沉陷区,总面积约为 亩,其中核心区面积 亩,毗邻影响区面积 亩.采煤沉陷区发展光伏重点区域甘肃省太阳辐射强、光照充足、光能资源丰富,各地年日照时数为 h,自西北向东南逐渐减少,全省大部分地区的太阳能资源属于稳定和较稳定.全省年资源理论储量为 万亿M J,每年地表吸收的太阳能约相当于 亿t标准煤的能量,具有广阔的开发利用前景.全省太阳总辐射四季变化明显,夏季最多,冬季最少,春季多于秋季.月各地太阳总辐射量介于 M J/m之间;月介于 M J/m之间;月介于 M J/m之间;月介于 M J/m之间.日照时数高值、低值区位置与太阳总辐射高、低值区相一致,春夏季节日照时数高,秋冬季节日照时数低.甘肃省各地年太阳总辐射量介于 M J/m之间,总辐射值自西北向东南依次减小,最大值位于敦煌、马鬃山和阿克塞地区.根据太阳总辐射空间分布图及太阳总辐射丰富程度将甘肃太阳能分布分为最丰富地区、很丰富地区、丰富地区、较少地区.最丰富地区:全年辐射量在 M J/m以上,主要包括酒泉、张掖北部、武威北部.很丰富地区:全年辐射量在 M J/m,主要包括武威东部、金昌、兰州、白银、庆阳、定西及甘南玛曲、碌曲等地区.丰富地区:全年辐射量在 M J/m,主要包括降水、云量较多的甘南东南部、陇南等地区.综合考虑太阳能资源、采煤沉陷区土地条件、区域道路电网等基础设施条件,兰州市红古区,白银市平川区,金昌市金川区,张掖市甘州区、山丹县和肃南县,平凉市华亭市及庆阳市环县适宜建设光伏等新能源综合治理项目.采煤沉陷区发展新能源总体思路采煤沉陷区闲置土地生态植被脆弱,鼓励采用“沉陷区生态治理光伏综合产业”的模式,对沉降区进行深度开发再利用,从而带动矿区生态治理,并通过废旧矿山综合利用缓解光伏电站用地矛盾.()推进地表修复.采煤沉陷区治理工程主要分为边坡绿化工程、土地整治工程.而光伏电站开发建设过程对场地的局部平整相当于进行了矿山环境治理的土地整治;光伏组件安装相当于间接的植被绿化,不仅可减少场区范围内的水汽蒸发量,光伏组件定期清洗还能增加浅层土壤的含水率.()优化光伏支架结构.适当抬高光伏组件支架,最低高度距地 m(灌木平均高度),为其他作业面预留足够空间,便于后期植被种植.在支架与基础材料选择上重视材料本身的回收利用,可考虑采用钢柱式或圆柱形水泥墩固定列阵支架,最大限度减小电站建设对土壤以及自然环境的二次污染,加快周边环境生态恢复.在采煤沉陷区地形条件较复杂地区,可考虑大跨度柔性光伏支架结构的适用性,减小支架各构件间的次生应力和局部变形,实现土地资源的最大化利用.()推动植被保护和恢复.施工过程中尽量不破坏现有植被.项目施工结束后,在光伏列阵之间栽植适宜当地生长的灌木林或灌木经济林,实现生态效益与经济效益同步发展.场址区苗木栽植的相关要求可执行我国国家标准 造林技术规程,树种成活率和保存率应在 以上.()开展生态环境与安全监测.由于地面沉陷为不可控因素,因此可结合场址区实际情况应用变形监测、植被监测、水沙监测及治理效果等监测技术,并设置合理的监测体系,为适时采取有效防患措施及生态保护提供技术支撑.另外,该监测数据还可为后续其他同类工程的科学研究提供基础资料和积累经验.()创新产业融合发展新路径.围绕沉陷区光伏发电项目建设,促进形成以光伏发电为龙头、以当地特色农业全产业链为支撑、优质项目不断衍生的产业融合发展格局.在建设光伏电站实现并网发电基础上,发展当地特色农产品加工产业项目,迅速集聚成全新的主导产业,提升当地农产品附加值;以特色农产业为延伸,发展休闲采摘、观光旅游、冷链物流、电子商务等产业,构建光伏发电、板下种植养殖、农光互补、产业融合的特色产业综合体.()多方共享发展成果.对因沉陷区影响耕地、受损耕地的农民群众,优先保障其持续增收,通过综合治理产业帮助农民群众成为“领租金、挣薪金”的产业工人,确保该部分群众是项目建设最直接、最得利的受益群体.同(下转第 页)新能源系统与设备电工技术 技术及运行该项目运行管理实行运维一体管理模式,按照“无人值班、少人值守”的运行方式设计,配置运维人员名,运行值班实行“三班二倒”运转模式.据风电场运行记录数据,风电机组、升压站等重要设备运行可靠,均达到规程规范、合同要求的最低值,未发生因风电场管理、调度等情况造成的损失,反映该项目运行管理水平较好.该项目风机故障率水平整体较低,故障次数最多的类设备为变频器、液压与制动和变桨系统,建议对比其他风电场,在今后的风电场风机招标中采用设备故障较少的型号和厂家.风电场故障方面,k V架空集电线路故障率较高,建议加强集电线路的设计工作,收集场址区极端天气的相关信息,作为设计的重要输入参数,选择最适宜的路线方案,确保线路运行安全可靠,避免后续技改工作带来运行维护费用增加及上网电量损失.今后项目运行中,还应加强故障的预测和研判,根据当地气候变化提前进行隐患排除工作,进一步提高运营管理水平,有序合理安排调度资源工作,不断总结和积累风电工程项目的运营经验.结语本文山地风电工程项目的相关前期报批手续完善,项目前期工作符合国家发改委对风电类项目的核准要求;建设管理模式符合项目建设初期的管理需要,由总包方全面负责管理项目质量、进度、成本、安全与风险,按时、按质与按量完成了项目的建设投运;可研报告中对风电资源的评估值与项目实际数据基本一致,项目前期工作较可靠,可研结论可信度高;风电场发电量远超过可研阶段预期,实际发电量较前期可研值高约 ,主要原因归结于微观选址阶段机位布置优化、机型优选、不利因素的消除(机组可靠性较高、极端天气影响较小)以及运行阶段机组控制策略的优化;整体投资可控,项目固定资产投资总 额 为 万 元,较 可 研 批 复 的 投 资 总 额 万元节约了 ;财务生存能力强,项目的财务盈利能力较好,资本金财务内部收益率提高约 ;项目生产运行稳定,风电机组、升压站等重要设备运行可靠,达到规程规范、合同要求的最低值;整体而言,由于项目严格按照前期可研、微观选址的方案开展相关工作,项目建设投产后,多项数据结果均优于可行性研究报告设计预期效果,相关经验教训值得后续同类风电项目参考借鉴.参考文献 王晟对比分析法在风电工程项目后评价中的应用J水电与新能源,():陈家康浅谈做好企业工程建设项目后评价工作J经营管理者,():邵栋栋上海近岸某 兆瓦风电场工程后评价研究J工程与建设,():李欣哲风电工程在山地、矿山中的施工E P C模式及风险探索J世界有色金属,():白建华,张钦,辛颂旭,等风电利用水平评价关键指标研究J中国电力,():(上接第 页)时发展壮大农村集体经济,光伏沉陷区各驻地村集体通过参与项目建设和后期治理及电站维护,夯实壮大村集体经济.另外,拓宽光伏投资企业收益渠道,除去土地流转金,投资企业在发电、特色农业产业租赁等方面获取经济效益,进一步增强投资积极性、主动性,实现多方共赢发展.参考文献 包婧文助力中国清洁能源的可持续发展J太阳能,():唐倩,沈旭,姚兴武,等地区电网清洁能源发电接纳能力分析研究J电工技术,():周沈杰大同光伏示范基地基础设施工程采空区技术措施J太阳能,():,白荣丽“光伏土地综合治理”模式的研究及应用J太阳能,():渠敬涛基于多能互补的综合能源系统规划案例分析J电工技术,():新能源系统与设备电工技术