程艳辉

(湖北安源安全环保科技有限公司，湖北 武汉 430040)

1 引言

风力发电与光伏发电作为绿色能源，符合可持续发展的原则，发展风力发电与光伏发电是国家发展可再生能源、优化能源结构这一宏观能源战略的重要体现，有利于缓解环境保护压力，实现经济与环境的协调发展[1]。风力发电与光伏发电均存在随机波动性强、出力不均的特点。通过创新设计，将风力发电与太阳能发电技术加以综合利用，可以充分利用这两种清洁能源在时间与空间上的互补性，实现一种崭新的、更加合理的能源结构。一方面，可以利用风力发电与光伏发电在大时间尺度(如季节分布)与微时间尺度(如一天之内昼夜分布)上出力的互补性，弥补独立风力发电和太阳能光伏发电系统的不足，向电网提供更加稳定的电能；另一方面，可以充分利用空间，实现地面和高空的合理利用，发挥风、光资源的互补优势，实现两种资源最大程度的整合[2]。这种风光互补的能源利用模式将是未来能源结构中一个新的增长点。本文对广水市100 MW风光一体化并网发电项目建设过程中的水土流失进行了分析，以找出一套完整的工程措施、植物措施和临时措施水土保持措施体系配置[3]，力求达到有效防治水土流失目的，为今后类似风光一体化项目提供参考。

2 项目及项目区概况

2.1 项目概况

工程位于湖北省随州市广水市应山街道办、十里街道办一带区域，建设规模为拟在项目场区内山脊山顶上布置50 MW低风速山地风力发电场，安装25台单机容量2 MW的风力发发电机组；在场区内山脊及山腰的缓坡上安装总容量50 MW的太阳能电池组件。风力发电与光伏发电产生的电能共用一座110 kV升压站送出，发挥风光一体化的资源互补优势。

2.2 项目区概况

项目区地处区域日照较充足，年太阳辐射量为4464.34 MJ/m2，年日照小时数为1852.6 h。太阳能资源按分类属我国资源丰富地区，属湖北省一级可利用区，具有一定的开发利用价值。本区域地处桐柏山东南片山脊，属于鄂东北岗地风能资源丰富区，具有较好的风能开发利用价值。通过项目区域内两个点位卫星数据进行资源分析，点位80 m高度20年平均风速约为5.94 m/s、6.07 m/s，风功率密度为246.5 W/m2、267.1 W/m2。场区布机点位处风功率密度大部分为2级，风资源较好，具有一定的开发价值，主导风向为NNE与SSW方向，及附近扇区风向稳定，风能集中，适合风力发电。项目区地处中纬度地带，属北亚热带季风气候区，项目整体高程在100～500 m，多年平均气温15.9 ℃，多年平均降雨量993.4 mm，项目区土壤类型主要为黄棕壤，林草植被覆盖率约为65%，水土流失以水力侵蚀为主。

3 风光一体化并网发电项目建设中的水土流失特点

3.1 风电建设扰动强度大、光伏建设征占地面积大

风光一体化项目建设中由于风电项目为了获得较好的风能资源，风电场的建设一般选择在较为陡峭的山顶或山脊，为了满足风机施工需要，在修建道路的施工中，对施工道路的开辟和项目场地平整，往往需要削高填低的大量土石方开挖和填筑，损毁大量植被，严重破坏山地生态自然环境，导致山地风电水土流失较光伏场区更为明显和严重。光伏电场为便于获取太阳能及安装建设的需要，一般修建在低缓空旷的荒坡地上，且安装光伏板施工工艺多为支架基础固定安装，对地表扰动较小，但光伏板布置往往需要征占更多土地，集中扰动更多地表。

3.2 风电场区植被恢复难度大、光伏场区绿化条件限制多

风电场区受风资源的限制，其选址往往是在植被较好、雨水充足、原有生态系统较好的山顶或山脊，但风电场建设难免破坏了原有生态系统、严重损毁地表植被、破坏土层结构，尤其是山区表土的珍贵和难以短时间恢复，加之风电场人为活动的影响，均对后期风电场植被的恢复带来极大难度。光伏发电由于需要考虑太阳光照的影响，往往需砍伐高大乔灌木，为防止遮挡阳光，影响发电效益，需定期对光伏场内绿化进行修剪维护，场区植被往往以低矮草本植被为主，因此光伏场区的绿化植被恢复，受光照限制条件多[4]。

3.3 建设周期长、土壤侵蚀主要集中在施工期

风光一体化建设中，尤其是风电工程施工过程中由于土方开挖、临时堆土、土方回填以及基础施工等活动极易产生较大水土流失，特别是道路区施工扰动大，如不采取有效的防治措施，施工引起的水土流失甚至会影响当地居民生产及生活，对地表植被及周边环境造成一定的影响和危害。光伏场区建设中应加强施工管理，尽量减小土地扰动面积，光伏场区平整宜结合地形实际就势平整，控制土方开挖、回填，尽量缩短临时堆土存放时间，从源头控制水土流失。施工中针对周期较长的问题，建设中应注重场地平整、道路修筑及基础施工等尽量避免在大雨大风天气施工，可最大限度减少水土流失。土石方工程确需在雨季施工时，需做好防雨措施，确保施工安全及防止水土流失。

4 风光一体化并网发电项目水土保持防治措施设计

4.1 风电场水土保持防治措施布局

根据风电场水土流失特点，结合施工区自然环境状况，把风机区进一步细分为山顶风机、山脊风机进行重点防护，同时对道路区进一步划分为填方道路、挖方道路、半挖半填道路进行水土流失重点防治，把土建施工作为水土流失防治的重点时段进行重点防护[5]。采用工程措施、临时措施和植物措施相结合的措施设计进行系统化防治水土流失[6]。为此，提出了在风电场各细化分区内水土保持工程措施、植物措施和临时措施[7]，以有效控制和减少施工建设造成的水土流失。本工程风电场各分区水土保持防治措施总体布局详见表1。

表1 风光一体化风电场水土保持防治措施布局一览

4.2 光伏场水土保持防治措施布局

光伏场区针对建设征占地面积大的特点，通过优化设计、合理布局，对建设中的施工场区、施工道路等占地采取了永临结合的施工方式，大大减少施工中单独开辟的临时占地，同时尽量利用风光一体化已有电力、排水等设施，最大限度地减少施工占地[8]。光伏场区容易忽视的未考虑施工前期的表土剥离和施工过程中的临时防护以及施工后期的场地清理和植被恢复，因此，本文重点对以上水土保持防治措施进行了补充和完善，以期形成一个完整的水土流失防治体系[9]，将水土流失降到最低限度，从而最大限度地保护区域生态环境。本工程光伏场各分区水土保持防治措施总体布局详见表2。

表2 风光一体化光伏场水土保持防治措施布局一览

4.3 风光一体化项目建设期水土保持管理

针对风光一体化项目的水土流失主要集中在施工期的特点，施工期应强化施工管理，水土保持实施管理机构应与设计、施工、监理单位保持密切联系，协调好水土保持方案与主体工程的关系，确保水土保持设施的全面落实，并按时竣工，最大限度地减少人为造成的水土流失和生态环境的破坏[10]。加强工程现场检查，掌握工程施工和运行期间的水土流失状况及其防治措施的落实情况。

5 结语

风力发电与太阳能发电相结合，既可以利用两者发电在时间上出力的互补性，又可以利用两者在空间上实现地面和高空的合理性，充分发挥风、光资源的互补优势，实现两种资源最大程度的整合。本文以广水市100 MW风光一体化并网发电项目为例，根据风光一体化的建设特征，初步分析和总结了风电场扰动强度大、光伏场区征占地面积大等水土流失特点，简要提出了加强对风电场风机及道路、光伏场区等水土流失工程措施、植物措施和临时措施相结合的防治措施设计，重点加强施工期水土保持的监督和管理。通过分析风光一体化项目水土保持措施设计，形成了一套风光一体化项目有效的水土保持综合防治措施体系，有效防治了风光一体化项目建设中造成的水土流失，为今后类似项目水土保持设计提供参考。