潮汐能開發(fā)利用的新概念

在亞洲，潮汐能的理論蘊(yùn)藏量接近傳統(tǒng)的水電蘊(yùn)藏量，但是潮汐能電站所提供的電能卻僅僅只有 0.5 TW·h/a，而水電站所提供的電能為1 500 TW·h/a。

目前，研究潮汐能技術(shù)開發(fā)方案的費(fèi)用一般都比較高。

對于開發(fā)潮汐能，沿海岸線即可以形成大型的水庫，但是相應(yīng)可利用的潮汐水頭通常比傳統(tǒng)水輪機(jī)經(jīng)濟(jì)有效的利用水頭要低：水頭低于3～4 m的燈泡式機(jī)組的成本很高，而水庫的最佳利用水頭為1～2 m。俄羅斯正交渦輪機(jī)似乎更具有吸引力，然而相關(guān)的土建工程成本仍然很高，且對于亞洲的大多數(shù)潮差來說，其造價(jià)更高。

水輪機(jī)本身的制作成本不是很高，但是水流的速度通常不足，而且在海洋開放的運(yùn)行條件下，進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)的成本太高。

1 新方案概述

正如在最近發(fā)行的《水力發(fā)電與大壩》期刊中所描述的那樣，這種新方案在亞洲具有美好的前景，不僅潮差超過6 m的潮汐具有經(jīng)濟(jì)可行性，而且對于潮差在3～6 m之間的潮汐同樣也具有經(jīng)濟(jì)可行性，這類潮汐在多數(shù)亞洲國家更為普遍。

該方案是利用沿海岸形成的大型水庫，水庫通過配備有10排或20排水輪機(jī)的寬闊渠道通向大海。這些可以在比如水流速度、海洋狀況、短距離傳輸和維修設(shè)施等方面的最佳狀況下運(yùn)行。水輪機(jī)及渠道的單位電能成本實(shí)際上與3～6 m的天然潮差的發(fā)電成本一樣，這是因?yàn)樗啓C(jī)的成本為國際市場水輪機(jī)的正常價(jià)格，而且，這些機(jī)組都能夠提供3 500～4 000 h/a的額定工作時(shí)間。運(yùn)行的方式主要有兩種，如圖1所示。

圖1 潮汐公園概念兩種運(yùn)行周期

可以將這種特殊的設(shè)計(jì)稱為潮汐公園(TG)。

1.1 影 響

庫區(qū)內(nèi)的水位與潮汐幾乎和天然潮汐狀況是一樣的，而且還可以避免巨浪，與可再生能源相關(guān)的其他開發(fā)形式相比，該方案對環(huán)境的影響將會(huì)更小。

1.2 效 益

由于該方案的堤壩提供了面積寬廣的平靜海面和海岸防護(hù)，因此可能會(huì)帶來非常多的間接效益，特別是在亞洲，包括以下幾個(gè)方面：

(1) 如果在山區(qū)，可以把平靜的小面積庫區(qū)以抽水蓄能的形式發(fā)展為大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)施，這比傳統(tǒng)的抽水蓄能電站將會(huì)更劃算。

(2) 將最高天然水位降低1～2 m，這樣在海岸線很平坦的情況下是非常有用的，特別是可以避免海平面上升的影響。

(3) 沿主要堤壩進(jìn)行疏浚來建設(shè)人工島，通過低成本的港口使那里的工業(yè)區(qū)能夠得到發(fā)展。

(4) 風(fēng)電場、旅游業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)都可以得到發(fā)展。

2 亞洲的潛在潮汐能蘊(yùn)藏量

基于潮差和地形，將會(huì)使以下的評估非常接近理論值。單位發(fā)電成本包括了水輪機(jī)和渠道的修建成本，這在大多數(shù)國家都是相似的，但是每座潮汐水庫的主堤壩的建設(shè)成本則會(huì)由于設(shè)計(jì)的不同而會(huì)有所不同。

根據(jù)地形和可能的設(shè)計(jì)形式，即可以通過粗略估算得到發(fā)電成本。對于許多亞洲國家，離海岸約20～30 km的水深(淺灘)是較為有利的，基礎(chǔ)條件(砂、礫石、巖石)通常較為有利。由于很多其他原因，致使下面的評估結(jié)果在一些國家將被證明過于樂觀。

針對一些關(guān)于采用潮汐公園概念的質(zhì)疑，將根據(jù)在印度、俄羅斯、韓國、巴基斯坦、孟加拉國、越南和印度尼西亞的具體情況開展討論。緬甸和朝鮮也極有可能采用潮汐公園概念。

這些數(shù)據(jù)都是非常粗略的近似值，但它更容易對每個(gè)國家潮汐能的潛在蘊(yùn)藏量和成本進(jìn)行更精確的評估。本文的主要目的是使大家注意到對于亞洲常見的潮差，如3～5 m，有可能會(huì)采用大型且更合算的方案。

過去，大多數(shù)研究主要是針對一些具有更高潮差且規(guī)模較小的方案。

2.1 印 度

兩個(gè)最好的潮汐發(fā)電場址是在卡奇(Kutch)灣和印度西北部的巴夫那加爾(Bhavnagar)，其總面積為4 000 km2，潮差接近5 m，而且發(fā)電量可以高達(dá)50 TW·h/a。潮汐發(fā)電可與重要的儲(chǔ)能設(shè)施混合使用，因此大量的太陽能可以與該電站結(jié)合起來，這樣，單位電能成本可能會(huì)低于100美元/MW·h。

在孟加拉海灣也可以修建潮汐電站，該區(qū)域面積非常大，潮差為3 m，海水很淺。該處的潛在潮汐能蘊(yùn)藏量可以達(dá)到幾十億kW·h/a，可以提供防護(hù)海岸和控制水位。該電站成本將高于西部電站。

2.2 巴基斯坦

巴基斯坦長達(dá)幾百公里的海岸潮差為3～4 m，而且離海岸20 km的水深非常有利于潮汐發(fā)電。該潮汐能可以經(jīng)濟(jì)有效地提供10～20 TW·h/a的電能，且具有海岸防護(hù)的附加優(yōu)勢。

2.3 俄羅斯

鄂霍次克(Okhotsk)海潮汐能擁有世界上最大的潛在蘊(yùn)藏量。位于北部的佩金斯卡(Penzhinskaya)電站估計(jì)有80 GW的容量，這意味著其生產(chǎn)的發(fā)電量將會(huì)超過200 TW·h/a。然而，這片地區(qū)及其寒冷，離電能需求中心有3 000 km，且發(fā)電成本也將高于南部電站。

在南部地區(qū)，研究主要集中在圖古爾斯卡婭(Tugurskaya)潮汐電站，該電站可以提供10～20 TW·h/a 的電能。采用新的解決方案能夠較好地應(yīng)用于大多數(shù)潮差，這將有利于更大規(guī)模地利用南部地區(qū)的潮汐能，這些潮汐能所生產(chǎn)的發(fā)電量可能會(huì)高達(dá)100 TW·h/a。

擬采用的施工方法實(shí)質(zhì)上是基于預(yù)制沉箱和大規(guī)模的海洋疏浚，也就是說，大多數(shù)的混凝土將位于水下。因此，由于氣候條件和架設(shè)長達(dá)1 500 km的輸電線路所增加的額外成本，都是可以接受的。到2030年，將以100～150美元/MW·h的成本將該潮汐能所生產(chǎn)的電力輸送至西伯利亞、北海道或哈爾濱。

2.4 韓 國

對始華(Sihwa)潮汐電站及其他一些項(xiàng)目開展了大量研究，研究的關(guān)鍵點(diǎn)是考慮潮差很大、規(guī)模很小的方案，而且擬采用的燈泡式機(jī)組對其發(fā)電成本而言很不利。

新潮汐公園的概念同樣適用于3～5 m的潮差，這為西海岸的一個(gè)面積約10 000 km2、潮差接近5 m、水深約為20 m、發(fā)電量為50～100 TW·h/a的潮汐電站提供了一個(gè)潛在的經(jīng)濟(jì)且有效的方案。電站項(xiàng)目可能將會(huì)分為幾個(gè)階段進(jìn)行開發(fā)。

該方案可以結(jié)合儲(chǔ)能設(shè)施、風(fēng)電場、工業(yè)開發(fā)和海岸保護(hù)等各項(xiàng)因素進(jìn)行綜合開發(fā)。電源將會(huì)非常接近負(fù)荷中心，而且其發(fā)電成本也將會(huì)低于100美元/MW·h。

2.5 越 南

在越南，潮差約為3 m，對于長度約為300 km的海岸線而言，可利用的潮汐發(fā)電量似乎被限制在10～15 TW·h/a。

除了經(jīng)濟(jì)有效的能源供應(yīng)外，一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)勢就是可以優(yōu)化湄公河河口的水位，從而為大約1 000萬人減少海平面水位上升將會(huì)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

然而，還需要考慮堤壩下面的土壤情況。離岸10 km或者20 km遠(yuǎn)的土壤狀況，可能比湄公河三角洲地區(qū)的情況要好。

2.6 孟加拉

方案研究中所提出的龐大計(jì)劃可能不切實(shí)際，但也存在著成為現(xiàn)實(shí)的可能。

該方案的優(yōu)點(diǎn)有很多，例如，即使是在大洪水和高潮位期，仍能調(diào)節(jié)孟加拉國南部的水位。潮汐電站發(fā)電量將達(dá)到50 TW·h/a，而且似乎也符合效益成本。然而，該方案同時(shí)也存在著2個(gè)相當(dāng)明顯的不足：

(1) 投資將會(huì)非常高，但在2030年之后，印度可能會(huì)消化掉一部分電能以及會(huì)承擔(dān)一部分相關(guān)的投資。

(2) 堤壩下的土壤狀況、設(shè)計(jì)方案以及發(fā)電成本等都具有不確定性因素。

2.7 亞太地區(qū)其他國家

印度尼西亞沒有適合的壩址，但澳大利亞則有2個(gè)極佳的地方。

(1) 在東部，潛在潮汐能的發(fā)電量將超過50 TW·h/a，通過采用潮汐公園方案可以使潮汐發(fā)電經(jīng)濟(jì)有效，且電站將非?？拷拇罄麃喌闹饕?fù)荷中心。

(2) 在北部，可以以最低的成本產(chǎn)生100～200 TW·h/a的電能。該壩址離澳大利亞主要能量需求中心約為3 000 km，離印度尼西亞的爪哇島只有1 500 km。這樣生產(chǎn)出來的電能成本約為100美元/MW·h，非常經(jīng)濟(jì)有效。

僅在亞洲，潮汐能就擁有巨大的開發(fā)潛能，而且潮汐公園概念將有助于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并且在很多實(shí)例中，也提供了一些可能會(huì)產(chǎn)生的直接效益。