斯旺西灣的潮汐能開發(fā)

1 工程介紹

擬建的瀉湖工程位于尼思(Neath)河引渠(流向尼思河港口和蒙克斯特恩航海俱樂部碼頭)與塔威(Towe)河(流向斯旺西港口和斯旺西碼頭)之間。塔爾伯特(Talbot)港口就座落在瀉湖的東南。因此，航海與航運(yùn)對于該地區(qū)非常重要，在工程建設(shè)時也得到了充分考慮。工程開發(fā)商就曾與皇家快艇比賽協(xié)會針對瀉湖地區(qū)的淤泥問題、修建安全區(qū)的必要性以及修建水輪機(jī)室天然隔離帶計劃等進(jìn)行了探討。如果沒有天然隔離帶，就需要用線和浮標(biāo)在水輪機(jī)周圍400 m范圍內(nèi)標(biāo)記出隔離區(qū)。

擬建的斯旺西灣潮汐瀉湖工程(Swansea Bay Tidal Lagoon)是英國規(guī)劃的系列沿海潮汐發(fā)電工程的第一個。潮汐瀉湖電力有限公司技術(shù)負(fù)責(zé)人稱，在北威爾士和布里奇沃特灣潛在工程地點(diǎn)修建潮汐能發(fā)電站后，公司能夠向英國輸送10000MW的潮汐能電力。他說，從現(xiàn)在起到2023年，英國將有16座電站的使用壽命到期，相當(dāng)于英國發(fā)電總裝機(jī)的四分之一。

這意味著在2015年之后，英國滿足全國電力需求的能力將大大下降。而修建潮汐發(fā)電站可以充分利用海洋這一重要的自然資源，滿足英國10%的基礎(chǔ)電力需求，因此，此時考慮潮汐能的開發(fā)利用恰到時機(jī)。

這位負(fù)責(zé)人補(bǔ)充說，堅信潮汐能是一種可以大規(guī)模替代傳統(tǒng)化石燃料與核電的可靠能源。潮汐發(fā)電工程結(jié)合了最先進(jìn)的技術(shù)和土木施工方法，以創(chuàng)新的組合方法生產(chǎn)出可預(yù)測的清潔電力，造福子孫后代。

斯旺西灣潮汐瀉湖工程的額定裝機(jī)容量為240MW，其年凈輸出電量為400 GW·h左右，大約可以滿足121000戶家庭的用電需求，超過了斯旺西鎮(zhèn)的年家庭用電總量(大約109000戶家庭);相當(dāng)于斯旺西灣年家庭(斯旺西鎮(zhèn)、尼思河港口和塔威河港口大約有173000戶家庭)用電量的70%左右;相當(dāng)于威爾士年家庭用電量的大約9%(按1369000戶家庭計算)。

除電力生產(chǎn)外，這項耗資6.5億英鎊的工程還可以提供參觀游覽設(shè)施和其他福利設(shè)施，包括藝術(shù)、教育、海產(chǎn)養(yǎng)殖、運(yùn)動休閑設(shè)施等。海堤也可在白天向公眾開放，用于散步、跑步和騎車等。

由于該項目是裝機(jī)容量超過100MW的近海發(fā)電站，因此被納入了2008規(guī)劃法案中的國家重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施項目(NSIP)。根據(jù)2008規(guī)劃法案，此類項目的施工必須先向規(guī)劃檢察官(PINS)提交申請，并由國家能源與氣候變化部部長簽發(fā)“同意開發(fā)令”(DCO)方可實(shí)施。

由于項目位于威爾士沿海水域，還須獲得由“威爾士自然資源海洋許可小組”代表威爾士政府頒發(fā)的海洋許可證。對于超出NSIP和DCO權(quán)限之外的項目內(nèi)容，還必需獲得地方規(guī)劃審批機(jī)構(gòu)——斯旺西市及郡議會(CCSC)或尼思和塔爾伯特港市鎮(zhèn)議會(NPTCBC)的許可。

2 工程地點(diǎn)選擇

之所以選擇斯旺西灣作為工程地點(diǎn)，是因?yàn)樵摰貐^(qū)具備修建瀉湖的必要條件——水淺而潮差大。塞文(Severn)河河口的潮汐差高居世界第二，斯旺西灣的潮汐差可達(dá)10 m以上。此外，這里的海床坡度平緩(便于施工)，同時又靠近人口中心，可以最大限度地減少輸電過程中的損失。

3 瀉湖潮汐能發(fā)電方式

為利用海水發(fā)電，需要在瀉湖圈出一個11.5km2的水面，以便修建1座長 9.5km的U型海堤，使其從斯旺西灣延伸到海洋、再折回到斯旺西大學(xué)新建的科學(xué)與創(chuàng)新校區(qū)(SAIC)附近的陸地。

這座高5～20 m的海堤，心墻將采用充沙土工管袋進(jìn)行施工，海堤表面將根據(jù)海水的深淺覆蓋不同直徑的護(hù)面塊石。

修建海堤的沙土將直接從瀉湖工程地點(diǎn)開挖取材，用于保護(hù)海堤的護(hù)面塊石將從海上運(yùn)輸。水面以上海堤高度為3.5 m，堤上可通公路，用于瀉湖的運(yùn)行維護(hù)，也可供公眾參觀游覽。

在海堤的西南部將布置一個水輪機(jī)室與閘門設(shè)施，在水輪機(jī)室內(nèi)將裝設(shè)16～22臺永久水下水輪機(jī)(直徑7～8 m)，以在漲潮和退潮時發(fā)電。還將安裝10個左右的閘門，這樣可以使海水在必要時不經(jīng)過水輪機(jī)即可直接進(jìn)出瀉湖。

在海水漲潮發(fā)電前，需先將水擋在瀉湖之外2 h 5 min左右，以形成水頭。一旦形成了足夠的水頭，就可以將水放進(jìn)瀉湖并帶動水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。退潮發(fā)電的過程也是如此，必須等瀉湖外的潮位降低到一定水平以形成足夠的水頭，才可以從瀉湖放水發(fā)電。

當(dāng)退潮或漲潮快結(jié)束時，閘門便會打開，以便能盡快在下一次水位漲落之前將瀉湖蓄滿或排出多余的海水，從而使瀉湖內(nèi)外的海水水位盡可能保持相同水平。這樣做可以使發(fā)電量最大化，也可以使瀉湖內(nèi)外的環(huán)境盡可能接近。

為使湖內(nèi)外水位相同，也可以在漲潮或退潮接近尾聲時采用水泵抽水的方法。

這種發(fā)電方法將按潮水漲落的次數(shù)進(jìn)行，每日共發(fā)電4次。所生產(chǎn)的電力將通過地下電纜輸送到離此最近的國家電網(wǎng)白歌蘭(Baglan)變電站。電纜預(yù)設(shè)在海堤內(nèi)，沿已建公路或道路鋪設(shè)到尼思河，然后進(jìn)入變電站。

4 合作伙伴

潮汐瀉湖電力有限公司為私營公司，由總裁M.肖洛克個人注資成立。M.肖洛克是一位新能源領(lǐng)域的企業(yè)家，已注資4家新能源公司。

國際頂尖的科斯坦(Costain)公司、阿特金斯集團(tuán)(Atkins)與荷蘭V·諾德(Van Oord)公司均已和潮汐瀉湖電力有限公司簽署合作協(xié)議，擬共同進(jìn)行瀉湖工程的設(shè)計、施工與交付。

科斯坦公司是英國一流的工程咨詢機(jī)構(gòu)。該公司將與其他合作伙伴一起，以最優(yōu)的工程方案對斯旺西灣潮汐能開發(fā)工程的交付進(jìn)行協(xié)調(diào)與管理。其任務(wù)包括制定與管理準(zhǔn)備階段與施工階段的工作計劃，為水輪機(jī)、閘門、道路等土木工程制定施工方中，包括為修建水輪機(jī)室而搭建的臨時碼頭等綜合臨時工程。

阿特金斯集團(tuán)在能源、水、海洋與城市發(fā)展等多個市場領(lǐng)域擁有75a的設(shè)計、施工與項目管理咨詢經(jīng)驗(yàn)。該公司已與潮汐瀉湖電力有限公司合作進(jìn)行了18個月的整體項目可行性考察，并已受委托為該項目提供工程設(shè)計與巖土技術(shù)咨詢，其中包括水輪機(jī)機(jī)室和新型防波堤的設(shè)計以及海床的地質(zhì)勘測。防波堤結(jié)合運(yùn)用了大型管沙袋和不同直徑的護(hù)面塊石。

V·諾德公司是一個專業(yè)致力于挖掘工程、海洋工程與近海工程(石油工程、天然氣工程和風(fēng)力發(fā)電工程)的新型國際承包商，有百余年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，曾參與眾多地標(biāo)性工程，如荷蘭三角洲計劃中的擋潮閘工程、香港赤邋角國際機(jī)場工程、迪拜的朱美拉棕櫚島工程以及北海的若干海上風(fēng)力發(fā)電工程等。V·諾德公司正與潮汐瀉湖電力有限公司合作，以共同研制適合斯旺西灣復(fù)雜近海狀況的新型施工方法。

5 環(huán)境評估

正式磋商剛剛結(jié)束，對社區(qū)意見的征詢也已接近尾聲，按計劃，潮汐瀉湖電力有限公司應(yīng)當(dāng)在2013年末提交規(guī)劃申請。如能順利獲得批準(zhǔn)，工程將最早于2015年4月動工，并將在2017年正式并網(wǎng)發(fā)電。

2013年7月，發(fā)布了斯旺西灣潮汐瀉湖工程《初期環(huán)境信息報告》。報告涉及的部分關(guān)鍵環(huán)境問題如下。

5.1 海岸演變、泥沙輸移與污染

正在進(jìn)行一項具體的模型研究，以深入了解項目的最終設(shè)計對海洋環(huán)境可能造成的改變。同時還利用項目收集的有關(guān)數(shù)據(jù)對研究區(qū)域一組相關(guān)計算模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證，其中有2個模塊是海岸演變過程研究的基礎(chǔ)。

進(jìn)一步收集了研究區(qū)域包括海堤工程采沙區(qū)的泥沙質(zhì)量數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)包括表面和深層泥沙質(zhì)量，用于泥沙輸送建模和污染評估。

針對項目施工、運(yùn)行和拆除過程中對斯旺西灣及更大范圍內(nèi)的潛在影響，采用了計算機(jī)模型進(jìn)行評估。

5.2 水 質(zhì)

斯旺西灣是休閑旅游勝地，有2個海濱浴場，高爾(Gower)海岸附近更多。此地還是貝類養(yǎng)殖基地，因此水質(zhì)尤其重要。瀉湖本身應(yīng)該不會對海水造成污染，但工程對灣內(nèi)水循環(huán)的改變會影響到水質(zhì)，也會對附近污水處理廠延伸到瀉湖地區(qū)的已建排污管道產(chǎn)生影響。

通過對瀉湖形狀及水輪機(jī)和閘門位置的精心設(shè)計，可以盡可能減少這些問題產(chǎn)生的影響。現(xiàn)有計算機(jī)水質(zhì)模型可針對不同設(shè)計方案對這些問題產(chǎn)生的影響進(jìn)行模擬測試。

模擬結(jié)果顯示，瀉湖的潮汐能開發(fā)建設(shè)對水循環(huán)的影響程度并沒有預(yù)計的嚴(yán)重，但到雨季，會使雨洪從污水處理廠的排水口流出，進(jìn)而對瀉湖以及整個斯旺西灣的水質(zhì)造成影響。如不對此進(jìn)行處理，在強(qiáng)降雨后，瀉湖地區(qū)的水質(zhì)將不適于開展接觸性水上運(yùn)動。為減輕這一影響，提出如下建議:

(1)增加一個雨洪儲存設(shè)施，將污水溢流事件控制在每a 1次以下。

(2)或者安裝紫外線消毒裝置對溢流水質(zhì)進(jìn)行處理，以達(dá)到《歐盟洗浴用水指令》規(guī)定的最低“達(dá)標(biāo)”水平(安全游泳的最低標(biāo)準(zhǔn))。

具體的水質(zhì)評估建模工作正在進(jìn)行當(dāng)中，將利用新近的現(xiàn)場具體考察數(shù)據(jù)以及由斯旺西市鎮(zhèn)和阿伯里斯特維斯大學(xué)(Aberysrwyth University)在智能海岸項目中收集的數(shù)據(jù)，對現(xiàn)有計算機(jī)模型進(jìn)行升級。

5.3 潮間帶與潮下深海生態(tài)

正開展關(guān)于海灣沙灘及海床海洋植物與動物環(huán)境的具體評估。盡管施工地點(diǎn)與任何生態(tài)保護(hù)區(qū)都沒有交叉，但是在海灣內(nèi)有2處海洋生物保護(hù)區(qū)，分別是布雷克皮爾科學(xué)保護(hù)區(qū)(Blackpill SSSI)和克林姆蓮科學(xué)保護(hù)區(qū)(Crymlyn Burrows SSSI)。此外，整個斯旺西灣還有一些重要的生態(tài)物種，如蜂巢狀珊瑚蟲(Sabellaria alveolata)和本地牡蠣(Ostrea edulis)等。

將在各個工程環(huán)節(jié)上采取措施，盡可能減少工程建設(shè)的潛在影響。如在施工方法的環(huán)節(jié)方面，使用充沙土工管袋施工，可盡量減少施工過程中的懸浮泥沙。另外，項目團(tuán)隊也在研究一些生態(tài)修復(fù)措施的可行性，如將本地牡蠣再次引進(jìn)斯旺西灣，以及移植蜂巢狀珊瑚蟲等。新的潮間帶及潮下巖石棲息地的引進(jìn)，應(yīng)該也會對該片海域有益。

5.4 魚 類

游樂、經(jīng)濟(jì)和回游漁業(yè)是斯旺西灣及更大海域的重要考慮。施工期間由于噪聲和泥沙的增加，會對魚類和貝類造成暫時的影響。工程建設(shè)中將盡可能采取措施消除這些影響。

客觀上，瀉湖不會堵塞任何河口，但其對回游魚類的影響尚在研究中。

項目團(tuán)隊目前正在針對一些關(guān)鍵魚類建立相關(guān)的計算機(jī)模型，以考察其行為和卷吸模式。選擇適當(dāng)大小的水輪機(jī)葉片(直徑約7～8 m)并降低轉(zhuǎn)速(約60 r/min)，這就意味著可以有更大的空間讓魚類游過水輪機(jī)。模型研究可讓人們對此有更好的了解。另外，在漲潮或退潮后期開啟閘門，也可以給魚類自由進(jìn)出瀉湖的時間。

5.5 海洋哺乳動物

對工程將給對海洋哺乳動物和海龜產(chǎn)生的影響正在具體評估中。斯旺西灣最常出現(xiàn)、數(shù)量最多的海洋哺乳動物是港灣鼠海豚，也有灰海豹較多出沒的記錄。盡管布里斯托灣也有一些其他動物出現(xiàn)的記錄，如真海豚，但這些動物很少在斯旺西灣近海岸邊看到。

針對工程的施工、運(yùn)行和拆除階段對上述動物可能產(chǎn)生的影響也正在進(jìn)行初步評估。這些潛在影響包括:

(1)碰撞風(fēng)險;

(2)視線受阻及噪聲或震動干擾;

(3)相對基線條件的水質(zhì)變化的影響;

(4)有毒污染。

工程將盡可能采取措施減輕上述影響。

5.6 沿海鳥類

工程區(qū)在施工期間將會造成局部干擾，影響鳥類的覓食和棲息。海堤施工時間計劃為4月到10月期間，會盡可能減少對過冬鳥類的影響。

由于瀉湖工程范圍大，不可能在所有地方同時進(jìn)行施工，因此也會減少對鳥類的潛在干擾。盡管如此，對于施工可能帶來的整體影響仍在接受環(huán)境影響評估。

5.7 海洋景觀與陸地景觀影響評價

項目相關(guān)的岸上及近海工程正在接受一項“海洋景觀與陸地景觀視覺影響評價”(SLVIA)。同時，針對工程對15km內(nèi)海洋景觀與陸地景觀的特點(diǎn)及視覺景象(某特定區(qū)域或景觀的視覺價值)可能會產(chǎn)生的影響也正在開展評估。