利用采煤沉陷区建设集中式光伏电站综合效益分析

王成

摘 要：为响应国家大力发展新能源产业的政策方针，结合国家光伏产业发展战略，通过分析采煤沉陷区利用现状，得出采煤沉陷区发展光伏电站所产生的社会效益和经济效益。

关键词：光伏；采煤沉陷区；综合效益

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.063

按照国家能源局《关于促进先进光伏技术产品应用和产业升级的意见》要求，同意在山西大同等多个地区开展采煤沉陷区“光伏领跑者计划”试点，“光伏领跑者计划”是国家能源局每年实行的光伏扶持专项计划，“领跑者”计划将通过建设先进技术光伏发电示范基地、新技术应用示范工程等方式实施。从2016开始下达新增光伏领跑技术基地规模550万千瓦，其中达到100万千瓦的基地只有三个，两淮采煤沉陷区光伏领跑技术基地是其中之一，以下主要是以淮南地区为例，对利采煤深陷区建设集中式光伏电站的综合效益进行分析。

1 淮南地区总体概况

淮南市位于安徽省中部、淮河中游，淮北平原南缘，是安徽省重要工业城市，也是我国大型能源工业基地。淮南市位于淮河中游，安徽省中部偏北，地处东经116°21′21″～117°11′59″与北纬32°32′45″～33°0′24″之间，东与滁州市凤阳、定远县毗邻，南与合肥市长丰县接壤，西南与六安市霍邱县相连，西及西北与阜阳市颍上县，亳州市利辛、蒙城县交界，东北与蚌埠市怀远县相交。最东端位于孔店乡东河村以东与定远县交汇之窑河河面，最西端位于凤台县尚塘乡侯海孜以西与利辛县接壤处，最南端位于孙庙乡庙塘村以南瓦埠湖水面，最北端位于茨淮新河主航道中心线凤台县与蒙城、利辛县交汇处。

淮南电网是安徽电网重要的组成部分，截至2017年底，淮南电网拥有火电厂9座，淮南电网有1000kV特高压变电站一座，1000kV特高压淮南-上海双环线已建成；500kV变电站2座，拥有220kV变电站9座，形成220kV洛河电厂-金家岭（双回）-西山（双回）-八公山-芦集-洛河电厂（双回）的环网结构。

淮南市是属于淮河以南地区，是暖温带和亚热带的过渡地带，年平均气温15.6℃，全年无霜期238天。全年降水量773～1670毫米，全年日照时数为1922.2小时，光能利用潜力较为可观。淮南市太阳能资源基本属于太阳能资源第三类地区，根据安徽省气象部门的调查与推算评估，淮南市水平面年太阳能辐射总量5114.09 MJ/（ m2·a），年平均日照小时数1922.2 h。

淮南煤田远景储量444亿吨，探明储量180亿吨，占安徽省的70%，占华东地区的32%。随着煤电一体化进程的加快，煤炭资源开采的强度加大，煤矿采空塌陷范围将不断加大。截止到目前，煤矿塌陷区面积共200多平方公里，预计到2030年，煤矿塌陷区面积将达到600多平方公里。经统计，淮南市可用于光伏发电的煤矿塌陷区水面面积约为53260亩，可以得出，在煤矿塌陷区水面建设光伏发电站，具有丰富的资源优势。

2 采煤沉陷区地质稳定性分析

所谓采煤塌陷区是指在地下采煤过程结束后或者是进行过程中，煤层由于被挖空使上伏的岩层在重力作用下坍塌，留下个距地面几米或几十米的空地。一般的煤层的埋深都在几百米，甚至一千米以上。由于上伏地层在重力作用下对下伏采空区有压力，因采空区没有煤只有空气或者是已经被水充填，这样使得上部岩层冒落致使地层坍塌。采煤塌陷区在我国分布较广泛，为了保证国家建设的需要和节约耕地，就必须对塌陷区土地进行科学开发和利用，使其恢复为建设用地。采煤塌陷区能规划成为什么样的建设用地，关键取决于其地基受载后的稳定性、沉降量和承载能力。地下煤层采出后，上覆岩层产生移动、变形和破坏，引起地表的塌陷，经过一定的时间后，上覆岩层及地表均处于相对平衡和稳定状态。若在塌陷地上建设楼层较高的民房、厂房或其它的构筑物等，在建（构）筑物荷载的作用下，已受采动损伤的岩体可能会产生较大的移动和变形，甚至产生失稳、破坏，从而引起塌陷区地基产生较大沉降，严重影响地基的承载能力。因此，采煤塌陷区规划、设计与建设中，需要对地基的稳定性、沉降变形和承载力进行定量研究，以提高塌陷区土地的利用与开发的效益和效率，并确保塌陷区新建设的建（构）筑物的安全使用。在一般地基条件下，要求建筑地基需要同时满足下列2个技术条件：一是地基变形条件，指地基的沉降量、沉降差、倾斜与局部倾斜应不超过国家《建筑地基基础设计规范》规定的地基变形允许值；二是地基强度条件，在建筑物荷载作用下，应确保地基不发生剪切或滑动破坏。但在采煤塌陷区上兴建建筑物，其地基稳定性还要受到其他众多因素的影响：

采煤沉陷区可分为稳定沉陷区和非稳定沉陷区两大类。稳定沉陷区是指已经沉陷且一般不会再发生次生沉陷的区域。非稳定沉陷区是指地面还未沉陷或沉陷不明显、不充分的区域，即对应的采空区顶板和覆岩的破坏存在有滞后性，具体存在有两种可能，一类是具有突发性的整体一次性切冒，另一类是渐变的分层、分块切冒，前者称为Ⅰ类非稳定沉陷区，后者称为Ⅱ类非稳定沉陷区。淮南采煤塌陷沉稳水面平均水深约为6米，部分地区水深超过10米，较难进行有效利用，目前的主要利用方式是水上旅游休闲公园开发和水产养殖。非沉穩区水面平均水深约为4.5米，大部分地区预计未来下沉0.1～10米，现阶段不适宜进行水上光伏开发，可待区域沉稳后再进行开发利用。

3 利用采煤沉陷区建设光伏电站的意义

安徽省是我国煤炭资源丰富省份之一，同时又是产煤大省。淮南地区含煤地层分布面积17950平方公里，煤炭资源量877.53亿吨。建国后，淮南煤矿为国家建设作出了巨大贡献，也作出了巨大牺牲。地下水遭到严重破坏，地表生态环境和区域小气候被扭曲，煤矿废弃物和发电废气严重污染了土壤与空气。随着煤电一体化进程的加快，煤炭资源开采的强度加大，煤矿采空塌陷范围将不断加大。这些采煤沉陷区如何规划和发展就成为淮南地区迫在眉睫的任务。endprint

随着光伏行业技术不的断的进步，一些原来限制行业发展的技术瓶颈已然攻克，特别是在非沉稳区水面利用浮筒、采用漂浮式光伏这一技术已经用于实践。2016年3月，全球最大的水上漂浮式光伏电站——淮南采煤塌陷区20MW渔光互补光伏电站顺利并网发电，该项目由信义光能控股有限公司投资建设，利用采煤塌陷区的闲置水面建设，总投资约2亿元，预计年均发电量为2300万度。与传统光伏电站相比，漂浮式光伏电站将光伏发电组件安装在水面漂浮体上，具有不占用土地资源，减少水量蒸发，抑制藻类生长的作用，同时水体对光伏组件及电缆的冷却也可有效提高发电效率。信义光能淮南采煤沉陷区水上光伏电站示范项目的建成投产，为我国发展采煤沉陷区光伏项目增添了信心、积累了经验。

淮南市境内煤矿塌陷区众多，可以利用其水面和滩涂建设光伏项目。这不仅提高了土地资源的利用率，同时产生清洁能源减少碳排量，加强了对环境的保护，解决了土地资源浪费的问题，增加了当地经济的收入。光伏发电基地选址在淮南煤矿塌陷区，目的是为了更好的利用该区域创造经济价值及社会价值。

4 光伏容量及接入系统

综合考虑淮南地区太阳能资料、工程地质、土建工程布置、交通运输机施工安装条件，集合当地采村民居住情况，以及旅游区、自然保护区等敏感用地，淮南市目前可利用光伏开发的煤矿塌陷区水面约53000亩，装机容量为1500MW。

由全省电力平衡可知，安徽电网仅考虑新增核准和路条机组情况下，在扣除皖电东送机组以后，安徽省电网存在一定的电力亏缺。至2016年，考虑安庆电厂二期、宣城二期机组投运情况下，安徽电网高峰方式下有424万kW电力缺口，若不考虑省外协议分电，安徽省内电力亏缺将更大。“十三五”期间随着负荷的发展，至2018年若不考虑新增火电和新能源机组，安徽电网将有564万kW电力缺口，随着负荷的增长，在保持现有皖电东送规模及规划的皖电东送二期装机基础上，应尽早安排2015年及以后的电源建设和相应电网建设，以保证电网的供用电平衡和电力的可持续发展。因此，淮南煤矿塌陷区水上光伏可以对弥补省内的电力缺口起到积极作用。

淮南地区光伏项目主要利用的水面及荒坡建设光伏电站，结合荒坡的地形、水域大小、水上开发难易程度等开发光伏项目，对于远离负荷中心、且水域较为开阔区域，适合成规模开发、采用高电压等级统筹送出，对于距离负荷较近电站，可考虑分散或集中送出，就近消纳。

在采煤塌陷区治理中采用建设光伏发电基地规划方案，对促进安徽能源转型，扩大新能源开发利用规模，推动能源生产革命具有重大意义。“十三五”期间随着负荷的发展，至2018年考虑区外特高压交流、直流区外来电情况下，若不考虑新增火电和新能源机组，安徽电网将有较大电力缺口，需尽早安排2015年及以后的电源建设和相应电网建设，以保证电网的供用电平衡和电力的可持续发展。因此，淮南煤矿塌陷区水上光伏可以对弥补省内的电力缺口起到积极作用。

5 环境影响

淮南地区煤炭资源丰富，随着煤电一体化进程的加快，煤炭资源开采的强度加大，煤矿采空塌陷范围将不断加大。在淮南煤矿采空区，各种建筑和道路等基础设置塌陷受损严重，许多村庄塌陷为大水面，且煤矸石、粉煤灰又带来二次污染，生态环境受到严重破坏，引发了群众失地失业、生活困难等一系列社会问题。

利用煤矿塌陷区水面发展光伏发电，可以改善采煤沉陷区域生态环境，对采煤塌陷产生的废地“变废为宝”，综合治理并利用起来。同时光伏发电为国家政策支持的清洁能源发电，节能减排效益显著，因此淮南煤炭塌陷区水面光伏发展实施具有较好的经济效益、社会效益和生态环保效益。

水面光伏发电项目施工期应尤为注意对水环境的影响，控制施工作业影响范围，优化水下施工工艺，减少对水体的扰动和对水质的污染。运营期水污染主要为电站运行人员生活污水。光伏电站自动化程度较高，运行管理人员较少，产生的少量生活污水可采用地埋式污水处理设施处理达标后回用或外排，有条件的可接入城市污水管网排入城市污水处理厂，对水环境的影响较小。施工期的大气污染源主要为施工区域地面开挖过程中产生的扬尘，建筑材料运输、卸载中的扬尘，土方运输车辆行驶产生的扬尘，临时物料堆放产生的风蚀扬尘，混凝土搅拌产生的水泥粉尘等，对周围环境产生一定的影响。光伏发电作为清洁能源发电，与相同发电量的火电厂相比，每年节约大量标煤，相应每年可减少多种大气污染物的排放，对大气环境影响具有正效应。

光伏太阳能电池板会反射出去一部分阳光，若反射区内存在居民房屋、公路等敏感目标，就会产生光污染。水上光伏项目布置在水面，一般位于农村地区，周围敏感程度较低，项目选用反射率符合规定的太阳能电板，结合周边环境具体情况，充分进行项目选址及光伏电池板布局合理性分析，避免强光对周围敏感区域的影响。

因此，经初步分析，淮南地区采煤塌陷区光伏发展的实施不会对区域环境造成不利影响，并具有较好的生态环保效益。

6 社会效益分析

按照光伏发电基地1500MW装机容量考虑，以20 年平均发电量估算，年发电量为145000万kWh，每年可节约标准煤约50万吨，减少烟尘2.358万吨，SO2 10.58萬吨，NOX 175.48万吨，，CO2 1323.04万吨，节能减排环境效益明显。淮南地区光伏发电基地用清洁能源替代原煤，可为安徽省治霾起到重要作用。

综上所述，利用采煤深陷区建设集中式光伏电站，各项财务指标良好，有一定的抗风险能力；而建成投产不仅可以充分利用自然资源、响应国家大力发展新能源产业的政策方针，节能减排环境效益明显，还可以为国家带来可观的税收收入。

参考文献：

[1]《关于促进先进光伏技术产品应用和产业升级的意见》国家能源局[S].

[2]两淮采煤深陷区光伏领跑者计划[S].

[3]《淮南市“十三五”发展规划》[S].endprint