2024年底举行的中央经济工作会议指出,加快“沙戈荒”新能源基地建设。风能、太阳能在我国能源转型中扮演重要角色,作为国家千万千瓦级“沙戈荒”风电光伏基地中首个备案、开工、投产的基地项目,宁夏腾格里沙漠新能源基地积极尝试、创新模式,探索经济效益与生态效益双赢,为同类项目建设运营积累了宝贵经验。

 ——编  者  

 腾格里沙漠南缘,阳光明媚。站在宁夏回族自治区中卫市的沙丘上眺望,腾格里沙漠新能源基地一期项目近3万亩、220余万块光伏板随着沙丘起伏延伸,金色沙漠成为靛蓝海洋。

 这个蔚为壮观的光伏基地,是国家千万千瓦级“沙戈荒”基地中首个备案、开工、投产的基地项目,也是国家第一条以开发沙漠光伏大基地、输送新能源为主的特高压输电通道——“宁电入湘”工程的重点配套项目。一期100万千瓦项目于2023年4月全容量投产发电,年发电量达18亿千瓦时。

 随着项目建设稳步推进,一个绿能澎湃的新能源工程正在崛起。

 探索生态产业模式

 2022年4月,距离中卫市区约25公里,腾格里沙漠东南部的沙丘上,一场讨论正在进行。

 “从这儿到宁夏和内蒙古的边界,都是未来的光伏发电站。”面向连绵的沙丘,迎着渐起的风沙,时任龙源电力宁夏公司副总经理吴吉军拿着设计图说,“一期100万千瓦项目即将开工,一定要注重生态效益。”

 “‘绿色能源+生态治理’,这个目标很好,但怎么实现?”中卫市西郊林场场长唐希明说,“建设首个‘沙戈荒’基地,必须考虑沙漠植被生长的实际情况。”

 “项目设计之初就考虑了这一点,我们计划运用林光互补、农光互补技术,探索光、林、草相结合的生态产业模式。”吴吉军胸有成竹。

 如今,驱车驶过一期工程的核心——中衡第一光伏电站,一排排光伏板已经排列整齐。早些年建设光伏电站,光伏板通常被直接安置在沙地上,像一簇簇蓬草。而在这里,粗壮的水泥桩顶着硕大的光伏板,仿佛向上生长的“大树”,形成一片壮阔的“森林”。

 “以前的光伏板离地间隙一般只有四五十厘米。”唐希明介绍,“在中衡第一光伏电站,板架离地两米,高度更合理。”

 这样的设计,充分考虑了腾格里沙漠的独特环境。早在施工前期,研究团队就进行了大量调研。“在沙漠里,沙子的直径只有0.2毫米,通常在距地表50厘米以下的地方跳跃式运动。”唐希明说,3米高的水泥桩牢牢扎在沙丘下面,光伏板平均离地间隙高了,方便风沙快速通过。

 “此外,光伏板遮挡太阳照射,还可以减少板下的蒸发量,日常清洗面板的水流下来,也为植被生长创造了条件。”吴吉军介绍,“除了板上发电、板下修复,我们还设计了板间种植的方案。每排板之间将近7米的间隙,为后期形成生态植被留足了空间。”

 创新沙漠建设技术

 驱车深入腾格里沙漠,在石子铺成的沙漠公路上颠簸近半个小时,就来到了二期项目建设现场。“去年建设最高峰时有近6000人作业,现在二期项目主体工程施工完毕,进入收尾阶段。”龙源电力宁夏公司工程建设部安全总监蔺锴说。

 今年是蔺锴驻守腾格里沙漠的第三年。2022年9月,一期项目举行开工仪式,望着划定的施工面积,第一次来到沙漠的蔺锴感到不可思议,“放眼望去全是荒漠,这地方真能长出绿草来?”

 项目建设的第一阶段是场平——5个标段的700辆推土机同时开工,计划将海浪般的沙丘推平。

 “这原本是一项简单的基础工作,没想到之前的建设方法在沙漠里不适用。”沙子细密,前脚推平,后脚一场大风就让平坦的作业面变得“波浪起伏”。项目组临时想招,在施工场地边缘先扎麦草方格、栽种沙生植物,用植被“锁边”,边推边干。

 场平、“锁边”后,按照先前的设计,施工团队为光伏板打水泥基桩,但新的难题又来了。

 沙子虽然细小松软,但打桩越深越瓷实,特别费力。好不容易打进去,没等安装桩子,作业面又容易出现坍塌。“我们根据现场环境改良工艺,加入引孔机,试着先少量注水,让沙子结块,再通过引孔、侧引孔,打入预制管桩,为后期铺设光伏面板提供了条件。”蔺锴说。

 说话间,漫步光伏板的海洋,种种用心设计的细节映入眼帘。

 “你看,一般的光伏发电中心,逆变器被安装在落地的混凝土小屋子里,我们则采用了水泥基桩支撑的小屋子方案。”龙源电力宁夏公司工程建设部土建专工杨彦玮介绍,这样的离地间隙可以防止沙子堆积,同时减小逆变器与地面的接触面积,减少对地表植被的破坏。

 提高整体运营效率

 “我们的光伏板,都是追着太阳跑的。”在中衡第一光伏电站,龙源电力宁夏公司设备维保中心工程师柳洋正说着,头顶太阳能光伏板上的可变角度支架“嗡嗡”作响,“跟踪支架系统能根据太阳的位置,自动调节光伏板的角度。”

 让光伏板像向日葵一样尽可能面向太阳,并非易事。为了测算出最高发电效率,运维人员根据气象数据,做了大量的定量分析实验。

 每天12时到14时,是中卫地区光伏发电功率最大的时段,也是运维组开展研究的黄金时间段。阳光最炽热的时候,柳洋顶着烈日在沙漠里收集数据。“一期项目运行的前几个月,我们尝试各种角度,汇总数据观察整体实效。”柳洋介绍。

 “通过近10个月的运行数据统计分析,我们测验出可变支架的最佳变化角度,年发电量比固定支架提升约8.9%。”柳洋介绍,中衡第一光伏电站单日最高发电量达922.8万千瓦时,在业内处于领先水平。

 发出来的电如何安全高效外送?“宁电入湘”,新能源是主要电力输送源,这给整体电网运行带来了挑战。

 “新能源输电中心横跨多个县区,风电、光伏都有涵盖,新能源的不确定性就是最大的挑战。”国网中卫供电公司副总经理田炯说,“一片云就能让光伏发电效率下降,不稳定的电能供给会影响新能源的消纳。”

 “除了通过火电进行配平,中衡第一光伏电站还配备了负荷10%的储能电站,进行电箱配储。”走近储能电站,巨大的线圈发出“嗡嗡”声,由光能转化而来的部分电能被储存在这里。“发电高峰期无法消纳的电,会在配电不足时释放出来,成为应急储备。”龙源电力宁夏公司设备维保中心主任工程师潘战国说。

 “发电站是‘源’,我们是‘网’,把电力送出去,有赖于双方的配合。”打开手机,田炯向记者展示中卫市的电网输电情况。自上午8时开始,光伏、风电等新能源发电量呈一条陡峭直线状攀升,在中午达到峰值,到19时骤然下降。夜晚,万家灯火亮起,火电发力介入,和储能电站一起弥补空缺。

 眺望腾格里沙漠里这片占地近3万亩的光伏海,年发电量可以满足150万个普通家庭一年的用电。在基地内,植被覆盖率已经从原始地貌的不足5%增长到如今的25%,局部植被覆盖率甚至超过40%。

 “截至目前,在腾格里沙漠里共规划建设6吉瓦光伏治沙项目,已经有2吉瓦并网,4000公顷沙漠得到有效治理,走出一条经济效益、生态效益、社会效益相得益彰的发展新路。”中卫市委书记刘国强说。

 向沙漠要绿色、向沙漠要效益,这片在沙海里开辟的热土,正涌动着蓬勃的生命力。