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作者:管理员    发布于:2023-12-24 19:42   文字:【】【】【

  新濠娱乐平台-登录为贯彻中央关于“建立最严格节约集约用地制度”和“坚持最严格的节约用地制度”的重要举措,以及《节约集约利用土地规定》要求“国家实行建设项目用地标准控制制度”,“国土资源部会同有关部门制定工程建设项目用地控制指标”的具体措施,编制和发布实施《光伏发电站工程项目用地控制指标》。明确规定项目用地指标包括光伏方阵、变电站及运行管理中心、集电线路用地和场内道路的用地面积。用地指标按光伏组件的全面积效率、安装所在地纬度、地形类别、光伏方阵安装排列方式及不同升压等级等计算确定。

  光伏产业发展至今,越来越受到土地资源的限制,土地资源紧缺已经成为光伏发展的头号难题。如何在有限的空间内发展光伏产业已经是摆在行业面前的重大问题。通过总结以往项目建设中的工程经验以及不同纬度不同资源条件下的倾角、占地等分析,研究出占地大小的影响因素及对应的解决措施。

  通过分析土地对项目成本的影响,分析出影响因素及影响结果,进而从影响结果出发,分析对应的解决方案。本文的研究方向分为前期选地控制措施和后期实施控制措施。整体研究框架及思路如下图。

  本部分研究内容是光伏发电工程土地对项目成本的影响分析,主要研究内容分为以下几点:

  结合光伏项目占地大小与电缆成本的影响、电站效率、发电量的影响、围栏成本的影响,总结并得出之间的相对关系及影响权重。

  目前西部省份的租金大部分在200-300元/亩左右,但中东部的租金价格正在逐步推高,湖北、湖南是今年备案比较火爆的地区,租金约为600元/亩左右。而更靠东部的省份,例如山东、江苏以及河北等部分地区,土地租金高达700-800元/亩,农光、渔光等复合项目用地的价格基本在1000-1500元/亩左右。

  光伏项目土地租金与项目成本为强关联,降低项目占地大小就意味着降低项目投资成本。

  水土保持补偿费是指水土保持规划确定的容易发生水土流失的其他区域开办生产建设项目或者从事其他生产建设活动,损坏了水土保持设施、地貌植被,不能恢复原有水土保持功能,应当向水行政部门缴纳的费用。耕地占用税以纳税人实际占用的耕地面积为计税依据,按照规定的适用税额一次性征收,应纳税额为纳税人实际占用的耕地面积(平方米)乘以适用税额,水土保持补偿费是按占地面积及补偿标准进行缴纳,因此节约项目占地大小对项目成本优化有着关键作用。

  基于土地成本对项目成本的分析,项目土地综合利用分析主要从项目前期选地和后期方案实施两个方面进行分析研究。其研究的主要内容有:

  在前期项目规划选址时,将地类性质必须复核正确,避免后期因土地调整带来的项目成本增加。

  ①研究大小支架组合方案对占地的影响分析,分析出大小支架比例关系与占地的关系。

  ②研究大跨度刚性支架对土地利用的关系,得出适合地形的大跨度刚性支架方案。

  ③研究大跨度柔性支架对土地利用的关系,得出适合地形的大跨度柔性支架方案。

  ⑥采用单位面积效能、度电成本评价指标,计算项目倾角与间距,从而优化项目占地,达到效能与度电成本最优。

  ⑦研究不同纬度、不同资源情况下对应的项目倾角、间距及项目占地,为项目前期给出指导意见。

  随着“碳达峰、碳中和”目标的提出,国家对新能源的重视再次上升到新的高度,由此引发了新一轮的新能源开发建设热潮。随之而来的是项目用地成本不断飙升,国内部分省份项目用地成本已突破2000元/亩/年。因此今后在对项目进行系统方案设计时要综合考虑土地费用成本,做到“一站一策”精细化设计,使项目收益达到最优。

  目前,土地成本主要包括两部分:一是需要每年支付的,主要包括土地租金(通过约定可以每年支付,也可以每隔几年支付)、土地使用税;二是需要首年支付的,主要包括土地补偿费用、地面附着物补偿费用、进场道路补偿费用、土地协调相关费用以及土地相关税费(耕地占用税、复垦费、水土保持费、植被恢复费等)。

  为分析土地大小对项目电缆使用的影响,本节在系统电压、箱逆变一体机同样的条件下,选定青海某项目和宁夏某项目数据代表进行了分析,分析结果如下所述。

  青海项目与宁夏项目均为1500V系统,采用2*26布置形式,箱逆变一体机均采用3125kw一体机。其中青海项目为一个完整地块,采用24汇1汇流箱,场区中间有一根供水管网穿过,因此避让供水管造成光伏电缆和汇流箱电缆一定的浪费。宁夏项目分为两个大的地块,采用16汇1汇流箱。

  从数据表中可以看出:占地大小宁夏项目是青海项目的1.44倍,而宁夏整体电缆使用量平均比例是青海项目使用量的1.67倍,均大于土地增幅比例。

  数据中单个汇流箱电缆使用量宁夏项目是青海项目的1.66倍,将宁夏汇流箱折合成与青海项目同样的汇流数量,宁夏项目单个汇流箱电缆使用量依然是青海项目的1.16倍。

  因此以上图表可以得出,项目电缆使用量跟项目占地大小呈正相关,项目占地越大,电缆使用量就越大。同时从数据中可以得出,电缆用量增加比例不低于占地增加比例,因此降低项目占地,可以直接影响电缆成本。

  光伏电站直流电缆线%,交流电缆线%,不同的项目条件有细微的差别,本节研究基于前期默认线缆损失值基础上研究。根据上节的分析结果,项目电缆总体增加比例大于等于土地面积增加比例,因此电缆线损比例也随着电缆用量增加而提高,具体增加比例可罗列部分数据作为参考,详见下表。

  从表中可以看出,随着地面积的增加,效率损失也在增加,当面积增加至1.4倍时,系统效率损失达到1.0%。

  一般来讲,光伏场区占地面积越大,场区围栏越长,特别是山地项目,由于山地面积是投影面积,围栏是斜面长度,因此随着面积的增大,围栏长度是增加的。本节选定项目A、项目B、项目C占地及围栏用量数据进行了分析,分析结果见下表(围栏单价暂按80元/m计)。

  目前西部省份的租金大部分在200-300元/亩左右,但中东部的租金价格正在逐步推高,湖北、湖南是今年备案比较火爆的地区,租金约为600元/亩左右。而更靠东部的省份,例如山东、江苏以及河北等部分地区,土地租金高达700-800元/亩,农光、渔光等复合项目用地的价格基本在1000-1500元/亩左右。

  目前,土地成本主要包括两部分:一是需要每年支付的,主要包括土地租金(通过约定可以每年支付,也可以每隔几年支付)、土地使用税;二是需要首年支付的,主要包括土地补偿费用、地面附着物补偿费用、进场道路补偿费用、土地协调相关费用以及土地相关税费(耕地占用税、复垦费、水土保持费、植被恢复费等)。其中土地使用税是指项目位于城镇规划区内,按面积每年需缴纳的税费;在新疆、青海的项目涉及耕地占用税,是根据占地面积缴纳,青海为8元/㎡,新疆12元/㎡。

  光伏项目土地租金与项目成本为强关联,随着光伏项目土地资源逐渐减少且成本不断增加,建议在项目设计时,尽可能降低项目占地大小,降低项目投资成本;同时当项目的土地面积确定时,可以通过缩小阵列间距,增加装机容量的方式提高项目的IRR,综合考虑土地各项费用,做到“一站一策”精细化设计,使项目收益达到最优。

  水土保持报告编制的目的是明确建设单位法定的水土流失防治责任与义务,分析并拟定水土流失防治对策与措施体系布局,为建设项目下一步设计中的水土流失防治布局提供技术参考与要求,介绍建设单位实施水土保持方案的保障措施,估算水土保持所需投资,并从水土保持角度给出项目建设是否可行的意见,明确项目是否存在限制性因素,为水利行政主管部门审批项目提供技术支持。

  水土保持补偿费是指在山区、丘陵区、风沙区以及水土保持规划确定的容易发生水土流失的其他区域开办生产建设项目或者从事其他生产建设活动,损坏了水土保持设施、地貌植被,不能恢复原有水土保持功能,应当向水行政部门缴纳的费用,专项用于水土流失预防和治理。

  水土保持补偿费是按项目占地面积一次性征收的费用,目前收集了以下各省的水土保持补偿费标准如下表:

  按照最新HIMO5 535Wp组件,每MW光伏板占地20亩,平均水土保持补偿费1元/㎡来计算,该项费用占项目总的投资约为1.3分/瓦,因此降低光伏项目占地大小对降低水土保持补偿费有着直接的关系。

  项目占地大小对项目的影响主要分为两大类,一是对系统方案的影响,主要体现在电缆用量、围栏工程量上,另一方面体现在对发电量系统效率间接影响,二是项目占地大小对土地租金、土地补偿费用、地面附着物补偿费用、进场道路补偿费用、土地协调相关费用、土地相关税费及水土保持补偿费的直接影响。本文整理了三个已实施项目的土地费用,见下表:

  从表中可以看出,土地费用占项目成本的平均比例在6.4%,权重较大,因此优化项目占地从而达到项目降本增效至关重要。

  基于上一章节土地对项目成本的影响分析结果,本章节主要研究在项目前期工作中,如何从项目源头控制土地对项目成本影响的措施及原则。主要分为土地性质的原则性控制、基于用地红线的规则性选地、基于面积计算规则的选地原则。

  针对大型光伏地面电站、渔光互补、农光互补、林光互补等光伏项目,免不了涉及到征地、土地租赁等事项,在开始这些工作之前,有必要对土地的性质做一个必要的了解,本节对土地的分类和性质做了整理。

  根据所有权分为国家所有和集体所有两类。城市市区的土地属于国家所有。农村和城市郊区的土地,除由法律规定属于国家所有的以外,属于农民集体所有;宅基地和自留地、自留山,属于农民集体所有。

  根据土地用途分为:农用地、建设用地和未利用地。农用地是指直接用于农业生产的土地,包括耕地、林地、草地、农田水利用地、养殖水面等;建设用地是指建造建筑物、构筑物的土地,包括城乡住宅和公共设施用地、工矿用地、交通水利设施用地、旅游用地、军事设施用地等;未利用地是指农用地和建设用地以外的土地。

  中华人民共和国质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会于8月10日联合发布《土地利用现状分类》,标志着我国土地资源分类第一次拥有了全国统一的国家标准。

  《土地利用现状分类》国家标准采用一级、二级两个层次的分类体系,共分12个一级类、57个二级类。其中一级类包括:耕地、园地、林地、草地、商服用地、工矿仓储用地、住宅用地、公共管理与公共服务用地、特殊用地、交通运输用地、水域及水利设施用地、其他土地。

  《中华人民共和国土地管理法》与《土地利用现状分类》中类别的对照关系见下表3.1-1。

  (4)对于占用未利用地的,区分为不压占土地用地部分和永久性建筑用地部分。一是对使用戈壁、荒漠、荒草地等未利用土地的光伏发电项目,对不占压土地、不改变地表形态的用地部分,可按原地类认定,不改变土地用途,在年度土地变更调查时作出标注,用地允许以租赁等方式取得,双方签订好补偿协议,用地报当地县级国土资源部门备案。这主要是指光伏方阵用地,可以按照未利用地原来的用途管理,不需要办理未利用地转为建设用地手续。二是对使用戈壁、荒漠、荒草地等未利用地的光伏发电项目,建设项目永久性建筑用地部分,应依法按建设用地办理手续。主要是指变电站及运行管理中心用地和集电线路中的杆塔基础用地,这部分用地应当依法办理未利用地转为建设用地的手续。

  (5)对于占用农用地的,规定所有用地部分均应按建设用地管理。也就是说,光伏发电项目占用农用地的,不论光伏方阵用地,还是变电站及运行管理中心用地和集电线路用地,都需要按照现行土地管理法律法规,按照建设用地管理。其中涉及办理集体土地征收和农用地转用手续,以及国有建设用地供应手续,与传统的建设项目用地没有区别。

  贫攻坚中建设的光伏发电项目,以及国家能源局、国务院扶贫办确定下达的全国村级光伏扶贫电站建设规模范围内的光伏发电项目。二是实行分类管理。第一,变电站及运行管理中心、集电线路杆塔基础用地按建设用地管理,各地在编制土地利用总体规划和年度土地利用计划中应予以重点保障,并依法办理建设用地审批手续;第二,场内道路用地可按农村道路用地管理;第三、光伏方阵使用永久基本农田以外的农用地的,在不破坏农业生产条件的前提下,可不改变原用地性质;第四、采用直埋电缆方式敷设的集电线路用地,实行与项目光伏方阵用地同样的管理方式。

  光伏复合项目是指“农光互补”、“渔光互补”项目,即农业生产、渔业生产等农业业态和光伏发电一体建设的项目。二是要明确光伏复合项目建设标准。8号文件要求,省级能源局、国土资源主管部门商同级有关部门,在保障农用地可持续利用的前提下,研究提出本地区光伏复合项目建设要求(含光伏方阵架设高度)、认定标准,并明确监管措施,避免对农业生产造成影响。三是对光伏复合项目建设实行分类管理。第一,对于符合本地区光伏复合项目建设要求和认定标准的项目,变电站及运行管理中心、集电线路塔杆基础用地按建设用地管理,依法办理建设用地审批手续;第二,场内道路用地可按农村道路用地管理;第三,利用农用地布设的光伏方阵可不改变原用地性质;第四,采用直埋电缆方式敷设的集电线路用地,实行与项目光伏方阵用地同样的管理方式。同时8号文件也对保护耕地在内的农用地做了特别规定,对于使用永久基本农田以外的耕地布设光伏方阵的情形,应当从严提出要求,除桩基用地外,严禁硬化地面,破坏耕作层,严禁抛荒、撂荒。

  光伏发电站工程项目场址一般位于山地或者偏僻地区,地块由一个或者多个地块组成,地块形状规则多样化,如何在前期选地工作中结合实际情况及一定的规则下选出较好的土地,将是本节研究的重点。

  单位红线面积是指项目总占地除以项目总的红线周长,是评价项目地块集中、地块规整的一个重要指标。下面以具体完成的3个项目为依据研究单位红线MW项目场区地形为梯田,采用4x10/4x5支架相结合,总占地面积9503亩,其中固定支架区域占地6648亩,平单轴区域占地2855亩;山西某100MW项目场区地形为一般坡地,采用2x26/2x13支架相结合,总占地面积3455亩;陕西某100MW项目场区地形为山地+梯田形式,采用2x13/2x6+2x7支架相结合,总占地面积3782亩。三个实际项目均为多地块山地项目。数据统计如下:

  从实际项目及单地块分析中可以看出单位红线面积越大,单位容量占地面积越小。场区红线面积一定的情况下,单位红线面积越小,土地利用率越低,单位容量占地面积增大。

  因此在前期选地工作中,对于分散地块的光伏场区,地块越多,单位红线面积越小,土地可利用率越低,有条件情况下尽可能选择集中地块;其次场区地块用地红线应尽可能平直,减少锯齿状用地红线;第三,对于地块布置容量较小,一般指布置容量小于0.3MW以下,对应单位红线面积较小的地块可舍弃。

  光伏发电站工程项目用地总体指标包括光伏方阵、变电站及运行管理中心、集电线路用地和场内道路的用地面积。光伏发电站工程项目用地总体指标按光伏组件的全面积效率、安装所在地纬度、所在地形区类别、光伏方阵安装排列方式及不同升压等级计算确定。升压站占地较规整且用地面积相比光伏场区占地很小,同时架空线路用地也因项目而异,可参考光伏发电站工程项目用地控制指标进行控制,因此本节主要针对光伏场区用地进行研究。

  同时本文整理了从纬度20°到44°,根据光资源分类,覆盖全国127个城市,计算出平地及山地光伏项目占地快速查询表,以供参考。

  备注:本表适应于HIMO5 535Wp组件,固定式安装方式;本表为基于辐射量最大原则选定组件安装倾角计算;光伏方阵用地受地形、地貌等因素影响较大的,用地面积可按光伏发电站工程项目用地控制指标表调整系数进行调整或按不可利用面积进行调整,不同地形坡度组合,用地面积按照权重进行折合。

  本节首先分析了针对大型光伏地面电站、渔光互补、农光互补、林光互补等光伏项目,土地选取需遵守土地性质的要求,其次从用地红线规则性上对前期选地给出合理化建议,即单位红线面积越大,单位容量占地面积越小。场区红线面积一定的情况下,单位红线面积越小,土地利用率越低,单位容量占地面积增大。因此在前期选地工作中,对于分散地块的光伏场区,地块越多,单位红线面积越小,土地可利用率越低,有条件情况下尽可能选择集中地块;其次场区地块用地红线应尽可能平直,减少锯齿状用地红线;第三,对于地块布置容量较小,对应单位红线面积较小的地块可舍弃。最后根据目前隆基最新组件HIMO5,对中国最南面到最北面纬度覆盖范围内(127个城市)的平地及不同坡度山地的用地进行了计算,给出了占地快速查询表,方便前期选地工作的进行。

  光伏产业发展至今,越来越受到土地资源的限制,土地资源紧缺已经成为光伏发展的头号难题,山地项目土地问题尤为严峻。山地光伏项目地形高低起伏、坡向差异大,部分区域沟壑纵横交错,局部伴有小型水冲沟或高原岩石芽残丘,可利用面积大小不同、相对分散等各种复杂环境因素。如何有效提高山地光伏项目土地利用率是研究的重中之重,以下通过几种光伏布置方式及场地处理形式来探讨山地光伏土地利用的问题。

  对于分散地块、用地不规则、地形复杂的项目,纯小支架会造成成本增加约2分/瓦,纯大支架会造成土地浪费10%~20%,因此采用大小支架结合的方式会有效降低项目占地,节省项目投资。

  大小支架组合方案即采用大支架组件布置形式和小支架组件布置形式相结合的方式,例如:4x10/4x5支架相结合,2x26/2x13支架相结合,2x13/2x6+2x7支架相结合等布置形式。应用小支架的布置形式对于项目容量占比不可忽视,小支架的应用弥补了大支架布置下残余土地的利用,大大提升了土地利用率,对土地可利用面积的影响巨大。下图为某山地项目地块内采用2x13/2x6+2x7大小支架相结合方案,见图3.2.2-1大小支架组合总平面图。

  从图中可以看出,小支架均布置在阵列每行的边缘侧,有效填补了边角地块的土地利用率。

  在分散地块及用地红线不规则的情况下,利用大、小支架结合的排布方案具有很大优势。大支架无法全面布置区域,可采用大小支架组合方案布置,通过小支架布置弥补大支架布置下残余土地的利用,提高土地利用率,同时需结合实际地形、用地红线规则来确定小支架占比。

  A项目:容量100MW采用440W组件,场区地形为一般坡地,采用2x26/2x13支架相结合,总占地面积3455亩,统计见表3.2.2-1。

  B项目:容量100MW采用535W组件,场区地形为山地+梯田形式,采用2x13/2x6+2x7支架相结合,总占地面积3782亩,统计见表3.2.2-2。

  通过以上项目实例可以看出大小支架组合方案对于山地项目的土地利用、布置容量有显著的提升,根据不同地形大小支架组合方案可有效提升土地利用率约10%~20%;同时由于山地项目的用地更不规则,地块更分散,地形起伏大,大小支架相结合的方式对于山地项目的应用显得尤为重要。

  大跨度刚性支架解决方案即立柱立于沟壑两侧通过横梁跨越沟壑,前后排通过钢梁连接,东西向檩条连接,根据场地坡度及组件倾角形成一个斜面,组件平铺于上,通过螺栓或压块固定。大跨度刚性支架方案可以增加土地利用率,且方案单位容量占地面积较小。大跨度刚性支架示意图如下见图3.2.3-1、3.2.3-2。

  对于场区内有冲沟、沟壑、沟坎的项目,在跨越最大宽度≤8米,不宜场平的区域,采用大跨度刚性支架。

  某山地光伏项目涉及冲沟地块面积117亩,可利用面积约35亩,土地利用率为29.91%;通过大跨度刚性支架方案可利用面积约69亩,土地利用率为58.97%,通过大跨度刚性支架方案土地利用率提升29.06%。

  因此采用大跨度刚性支架,可有效提高项目土地利用率。根据不同地形情况,大跨度刚性支架方案可提升土地利用率约20%~30%,对山地项目的土地利用率提高更大。

  2、高纬度地区组件倾角大,后排立柱较长成本增加较大,降倾角减小后排立柱用钢量会导致发电量降低。

  大跨度柔性支架解决方案即采用两固定点之间张拉预应力钢绞线的方式,两固定点采用钢性基础提供反力,把传统钢性支架方案的檩条改为钢绞线的方式,其特点是钢绞线采用先线法提供预拉力,组件安装后在不同工况受力条件下允许钢绞线有一定的变形,从而实现10~30 m 的大跨度支架,可满足不同地形的需要。这种设计可规避山地起伏、植被较高等不利因素,仅在合适的部位设置基础点并张拉预应力钢绞线实现基础及柔性支架的施工。

  大跨度柔性支架方案有①跨度大且跨度范围灵活可调;②土地空间利用率最大化;③适用场景广(山地、鱼塘、滩涂等不易立柱区域)等特点。大跨度柔性支架示意图如下见图3.2.4-1。

  对于山地、洼地、鱼塘、滩涂等不易立柱区域以及跨越大的冲沟、山谷、河道等,可采用大跨度柔性支架方案,如:较深鱼塘上的组件布置、污水厂水池上的组件布置等。

  某山地光伏项目涉及冲沟地块面积131亩,沟深约5~10米,宽度约10~20米,可利用面积约55亩,土地利用率为42.98%,土地利用率低;通过大跨度柔性支架方案可利用面积为99亩,土地利用率为75.57%。通过大跨度柔性支架方案土地利用率提升32.59%。

  因此采用大跨度柔性支架,可有效提高项目土地利用率。根据不同地形情况,大跨度刚性支架方案可提升土地利用率约20%~35%。目前柔性支架的成本相对较高,超过1元/瓦,可通过实验电站研究柔性支架降本,在后期项目中推广使用。

  1、受柔性支架跨度较大且离地高度较高的影响,一般采用安全绳悬挂施工人员进行安装的方式,相比地面施工方式增加了施工难度及不安全因素。

  3、对于高纬度地区组件倾角大,前后排间距加大,柔性支架费用成倍增加;降低倾角,减少前后排间距会导致发电量降低。

  对山地梯田项目,总图布置受到梯田高度、宽度影响,有限的土地上布置容量较小土地利用率较低,为了提高梯田地形的布置容量,可考虑局部进行梯田处理,既考虑容量提升且满足局部结构稳定,本文研究给出梯田削坎具体解决方案。

  山地梯田项目中,台阶坡顶至光伏支架基础距离应考虑支架基础侧压力对梯田台阶的影响,满足基础到坡顶的间距要求。若一套支架四根桩均在梯田台阶上,距离梯田边缘较近:

  对于不满足距离要求的情况,进行梯田削坎方案,即通过场地挖方处理降低梯田台阶高度,满足结构稳定间距。通过梯田地形削坎解决方案可增加土地利用率,梯田地形削坎解决方案示意图如下见图3.2.5-1、3.2.5-2。

  对于梯田光伏项目,组件支架局部涉及梯田或支架基础距离梯田坡顶不满足结构稳定间距,结合土方工程及场地雨水汇流区域可采用梯田削坎方案。

  某山地梯田光伏项目地块面积572亩,可利用面积360亩,土地利用率62.94%;通过局部场平方案可利用面积485亩,土地利用率84.79%。通过局部场平方案土地领用率提升21.82%。

  根据不同项目梯田情况,梯田地形削坎解决方案可提升土地利用率约10%~25%,对梯田项目容量提升具有很大优势,大大提高了梯田光伏项目土地利用高效性。

  1、梯田原有排水路径改变,易造成水土流失,需做相应水土保持措施避免雨水汇集造成二次冲刷的风险。

  2、需对开挖土方量进行回填,回填土的压实系数应不小于0.90,每层铺填厚度控制300mm~500mm,但由于地形原因,局部地区压实设备无法进入,压实很难达到设计要求。

  局部场平解决方案即通过对局部沟壑、山包进行挖填处理,在土方平衡基础下对沟壑进行填方处理,局部土丘进行挖方处理,达到增加有效利用面积的目的,且场平后的坡度考虑场地雨水排出,通过局部场平方案可增加场区有效利用面积的场景。典型断面如下图3.2.6-1。

  对于场区地形起伏多变,洼地及山包型式的地形情况,特别是桩基础位于洼地及山包处的地形条件,需进行局部场平;同时对于场区内有冲沟、小山包,高度在3米以下的地形,可采用局部场平方案处理。

  某山地光伏项目涉及沟壑地块面积210亩,可利用面积110亩,土地利用率52.38%;通过局部场平方案可利用面积200亩,土地利用率95.24%。通过局部场平方案土地利用率提升42.86%。

  根据不同项目场区地形情况,局部场平方案可提升土地利用率约10%~30%。

  1、设计回填土的压实系数应不小于0.90,每层铺填厚度控制300mm~500mm,但由于地形原因,大型压实设备无法进入沟壑区域进行分层压实,压实很难达到设计要求。

  2、开挖回填沟壑土方量巨大,易造成大量水土流失。回填后排水坡度处理不佳,易导致雨水汇集造成二次冲刷的风险。

  3、现场沟壑多为雨水冲刷形成的自然沟壑,需要洪评单位对雨水汇集量做出分析判断。

  随着我国光伏行业进入平价时代,在电站开发、设计及运营当中,要实现土地面积产值最大化,让生态环境效益最优,通过优化倾角、减少间距等技术,实现节约土地,进而实现电站资源及环境友好。在30/60目标下,立足于友好型光伏电站,提供资源节约性电站设计,在碳中和背景下,要全方位提升光伏电站的综合效能。

  目前已建的光伏电站主要是通过优化组件倾角和增加阵列间距来提高电站发电量及收益,此类优化方案已在实际项目中得到较为广泛的应用。但是在碳中和背景下,发电量已不是电站技术水平唯一的评价指标,如何在有效的土地面积内最大化提升电站效能指标并降低度电成本是本文重点讨论的方向。本文将根据光伏发电系统效能规范,引入效能评价指标,对光伏电站的设计优化计算模型进行调整,探索电站效能最大化、度电成本最优化。

  组件倾角和阵列间距交叉反馈电站发电量的优化计算,是综合考虑组件全年的阴影损耗、光伏发电单元直流电缆用量、阵列占地面积、直流电缆线损,计算组件最佳倾角和阵列前后间距的计算技术。本文在组件最佳倾角计算的基础上,进一步探讨了阵列间距优化的可能模型。此方法包括以下步骤:

  1)组件倾角初算:根据当地辐射数据,基于辐射量最大原则选定组件安装倾角初值。

  2)阵列间距初算:基于当地冬至日线时间光伏方阵前后排之间无阴影遮挡的原则,计算光伏阵列间距初值D。

  在阵列间距D的基础上,考虑到一整年时间内的阴影遮挡损失,利用PVSYST进行仿真模拟,计算得到最优组件倾角。

  在最优倾角基础上,迭代不同阵列间距,以单位面积效能最大为目标,确定组件最佳倾角和阵列最佳间距。

  5)在第四步基础上,穷举最优倾角至倾角0°范围内的各角度对应间距下的度电成本,得出最低度电成本倾角及间距。

  单位面积安装容量:单位面积安装容量指光伏发电系统安装容量与光伏发电系统总占地面积的比值。

  单位面积上网电量:单位面积上网电量指光伏发电系统评价周期内的总上网电量与光伏发电系统总占地面积的比值。

  单位面积发电收益:单位面积发电收益指光伏发电系统评价周期内的总发电收益现值与光伏发电系统总占地面积的比值。

  单位面积经济收益:单位面积经济收益指光伏发电系统评价周期内的总经济收益现值与光伏发电系统总占地面积的比值。

  度电成本:是对项目生命周期内的成本和发电量先进行平准化,再计算得到的发电成本,即生命周期内的成本现值/生命周期内发电量现值。

  由于经济收益测算受限因素较多,且与前三个评价指标呈正相关,因此,本文将从单位面积安装容量、单位面积上网电量、单位面积发电收益及度电成本四个方面进行论证。

  以甘肃某30MW光伏发电项目为例进行说明,站址中心地理坐标为:东经102°6’4.15”,北纬38°35’32.56”。采用常规优化手段,该项目组件倾角为33°,间距11.3m。对该案例从效能指标及度电成本角度分析计算,得到最优组件倾角31°,间距10.3m。

  组件倾角初算:该项目采用Meteonorm辐照数据进行分析测算。项目场址全年总辐照量6244.9MJ/m2,项目场址处38°时倾斜面上年总辐射量最大,为最大辐射量倾角。

  阵列间距初算:基于组件倾角38°当地冬至日线时间光伏方阵前后排之间无阴影遮挡的原则,阵列间距11.3m。

  组件倾角优化:本着提升发电量原则,在此间距条件下,适当降低倾角,可降低前后排组件的近阴影遮挡损失,同时也会降低组件倾斜面接收到的辐射量和增大入射角损失,总体对提升发电量有益。利用PVsyst软件中的迭代法对单个发电单元进行迭代计算,具体结果见下图所示:

  由此可得项目厂址处阵列间距在11.3m的情况下, 33°倾角下的发电量最大。

  阵列间距优化:在33°倾角基础上,迭代不同阵列倾角、间距,以单位面积效能最大为目标,确定组件最佳倾角和阵列最佳间距,计算结果如下图:

  从表中数据可以看出,在倾角一定的情况下,间距越小,单位面积安装容量、单位面积发电量、单位面积发电收益越大,单位效能也逐步增大;同时随着倾角一直降低,单位面积能效一直呈增大趋势。

  以上各种方案在相同容量、土地成本费率4%时,分析不同占地、支架、电缆影响情况下的度电成本,计算结果见表2。

  从表2的计算数据可以看出,电缆成本随着土地面积增加而增加,支架成本随着支架倾角降低而降低,最低度电成本出现在31°,对应倾角间距为10.3m。

  小结:电站单位面积效能随着倾角降低呈增大趋势,组件倾角降低至0°时,单位面积效能最大;度电成本的变化则随着倾角降低呈U型布局,结合本案例,最低度电成本对应的倾角为31°,间距为10.3m。结合单位面积效能及度电成本的分析,得出该项目的最优倾角为31°,间距10.3m,对比优化前方案,占地节省9.6%。

  可以看出,以往项目中最佳发电量倾角及间距优化结果,并不是最优阵列的倾角及间距,还应结合土地、支架及电缆等相关成本确定最低度电成本所对应的倾角及间距。

  土地成本占项目总成本的比例一般在5%~8.5%,平均比例在6%~7%之间,因此降低支架倾角在节省用地成本方面可以带来很大优势;降低支架倾角意味着降低项目占地,在节省用地成本方面可以带来很大优势;另一方面,土地资源的节省也是光伏电站资源友好和环境友好的根本体现。本节主要分析当土地成本发生变化对度电成本指标的影响,进而影响最优倾角的选择。本文将根据实际项目土地成本5%~8.5%的范围,扩展至4%~20%进行分析。

  从表中数据可以看出,随着土地费率的提高,整体度电成本呈上升趋势,最优倾角呈下降趋势。当土地费率到达7%-8%时,最优倾角降低为25°;当土地费率到达9%-10%时,最优倾角降低为20°;当土地费率到达20%时,最优倾角降低为10°。

  组件成本占项目总成本的比例一般在55%~60%,占比较大,因此分析组件价格趋势对项目总成本的影响及对系统方案的影响至关重要,下表为不同组件价格所对应的项目阵列倾角关系。

  从表中数据可以看出,随着组件价格的降低,整体度电成本呈下降趋势,且随着组件价格的降低,电站最优倾角也随之降低。

  光伏项目的发电量与地区保障小时、系统设计、收购电量、光资源及运维等有着直接的关联,如何保证电站的发电量,需统筹综合考虑。从土地资源的角度来看,随着光伏平价时代的来临,新能源行业面临的首要问题就是土地的索取,减少项目占地对项目的实施推进有着积极重要的作用;另外,在“双碳”政策目标的驱动下,光伏电站单位面积能效最大化的思路值得探索,在保证度电成本最低情况下,单位面积能效最大,从而减少土地资源的占用,进一步实现资源友好型电站向环境友好型电站转换。

  对于平价时代的光伏电站设计优化,发电量已不是电站技术水平唯一的评价指标,应充分考虑土地集约,从单位效能指标及度电成本指标进行分析计算,同时考虑不同的土地及组件成本对项目总成本影响,进行多方案度电成本比较,最终确定项目的优化方案。结合本文倾角、度电成本计算模型,根据不同的光资源及纬度,项目占地平均可节约占地10%~20%。

  同时为了提高光伏电站前期工作效率,特从全国纬度20°到44°,根据光资源分类(覆盖全国127个城市),计算出优化前后电站单位面积能效提高的比例参考,见文末附表。

  以上章节均是从单一的光伏项目技术手段出发提出的土地高效利用解决方案,随着我国光伏行业进入平价时代,更多的光伏电站参与型式出现,例如光伏+乡村振兴、光伏+生态修复领域、多能互补/源网荷储等。

  以上这些光伏复合项目,均是从资源融合的角度提高了土地的利用率,使土地的使用价值达到了1+1>2的效果,在提高了土地利用率的同时,也助力各行各业“双碳”目标的达成。后期,我们将针对具体的复合项目,进行土地高效利用的专项研究。

  光伏项目用地影响因素较多,包括地面附着物、树木、高大建筑物、山体、冲沟、架空线路、管沟等的影响,提高项目土地利用是一个综合性问题,靠单一的技术手段往往不能达到项目使用目标,因此本节分别从大小支架结合、大跨度刚性支架、大跨度柔性支架、削坎、局部场平、单位面积效能及度电成本的角度给出土地高效利用的多种技术解决方案,可结合项目实际情况使用一种或多种技术方案。

  项目占地大小对项目的影响主要分为两大类,一是对系统方案的影响,主要体现在电缆用量、围栏工程量上,另一方面体现在对发电量系统效率的影响,具体见表4.1-1,二是项目占地大小对土地租金、土地补偿费用、地面附着物补偿费用、进场道路补偿费用、土地协调相关费用、土地相关税费及水土保持补偿费的直接影响。本文整理了三个已实施项目的土地费用,见表4.1-2。

  从表中可以看出,当土地面积增加至1.5倍时,系统效率损失可增加1.25%。

  从表中可以看出,土地费用占项目成本的平均比例在6.4%,权重较大,因此优化项目占地从而达到项目降本增效至关重要。

  我国光伏产业已经形成比较明显的规模、集群,产业规模持续扩大,面临的土地资源问题会越来越严重,提高土地利用率已经迫在眉睫。从源头上选择较好的土地资源,是光伏发电工程节省成本的第一步,本课题将为后续光伏发电工程开发与建设奠定基础。

  (1)目前光伏电站不符合土地性质导致建设完成后拆除的情况时有发生,因此在前期土地选取时必须根据项目类型选择性质符合的土地,避免造成电站后期拆除及改造费用。本课题首先对土地的类别做了详细的分类介绍,其次对各种类型的光伏电站土地性质选取做了归类整理,为准确选取项目土地资源情况提供依据。

  (2)根据项目经验及实施项目数据计算,从用地红线规则性的角度,采用单位红线面积计算方法,对前期选地做了约束性要求及建议。

  (3)针对不同的地形、不同的太阳辐射数据、不同的纬度经度、不同的山地坡度朝向,计算并得出覆盖纬度22°到纬度44°,全国最南端到最北端127个城市的平地及山地资源情况及占地指标的计算结果,为项目前期调研、立项等提供了数据支撑,同时也可提升前期工作的效率。

  随着土地资源问题的日益突出,土地越来越受到行业及各企业的重视。由于项目土地使用影响因素较多,因此提高项目土地利用率是一个综合性的问题,需要多种技术解决方案共同承担。本文分别从7个方面论述了提高土地利用率的解决方案,给出了各方案的适用范围及对土地利用率的提高,重点完成了以下工作:

  (1)分析了用地红线的规则性对项目土地利用情况的影响,采用单位红线面积作为评价指标,给出采用大小支架结合的方式来解决用地红线的不规则性,从而提高土地利用率,同时给出不同的单位红线面积对应的大小支架比例使用情况,该解决方案可提高土地利用率约10~15%。

  (2)光伏项目土地地形较复杂,针对场区中的冲沟、沟壑、管沟等,不适合进行场平的地形,可考虑采用大跨度刚性支架方案来利用这些土地。根据实际项目地形测算,采用大跨度刚性支架后可提高土地利用率约20%~30%,对山地项目、冲沟较多的土地利用有很大的优势。

  (3)针对山地、洼地、鱼塘、滩涂等不易立柱区域以及跨越大的冲沟、山谷、河道等,可采用大跨度柔性支架解决方案,减少立柱,提高跨度,从而实现10~30 m 的大跨度支撑,满足不同地形、装机容量的需求。此种方案可规避山地起伏、植被较高等不利因素,仅在合适的部位设置基础点并张拉预应力钢绞线实现基础及柔性支架的施工,可提高土地利用率约20%~35%。

  (4)针对梯田地形,为了提高土地利用率,采用削坎方案,并辅助水保措施。根据实际实施项目数据测算,采用削坎方案可提高土地利用率约10%~30%。

  (5)局部场平解决方案即通过对局部沟壑进行挖填处理,在土方平衡基础下对沟壑进行填方处理,局部土丘进行挖方处理,达到增加有效利用面积的目的,且场平后的坡度考虑场地雨水排出,通过局部场平方案可增加场区有效利用面积。

  (6)根据光伏发电系统效能规范,引入效能评价指标,对光伏电站的设计优化计算模型进行调整。此方法包括以下步骤:组件倾角初算:根据当地辐射数据,基于辐射量最大原则选定组件安装倾角初值;阵列间距初算:基于当地冬至日线时间光伏方阵前后排之间无阴影遮挡的原则,计算光伏阵列间距初值D;在阵列间距D的基础上,考虑到一整年时间内的阴影遮挡损失,利用PVSYST进行仿真模拟,计算得到最优组件倾角;在最优倾角基础上,迭代不同阵列间距,以提高单位面积效能及度电成本最优为目标,确定组件最佳倾角和阵列最佳间距。

  本文研究了土地对项目成本的影响因素,建立了前期和后期的实施控制措施,取得了一些阶段性的研究结果,但是在以下几个方面还需要进一步深入研究:

  (1)在结合各地保障小时和电力化市场交易的因素时,如何将光资源与土地利用结合起来,既能满足电站收益要求又可以节约电站土地使用;

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