[法國]

L. 朗佩里埃

王子昂　　方麗杰　譯

?

基于潮汐濕地理念的歐洲潮汐開發(fā)潛能評估

[法國]

L. 朗佩里埃

摘要：介紹了“潮汐濕地”理念下的潮汐能開發(fā)方法及其主要優(yōu)勢，并針對該方法提出了潮汐能發(fā)電潛能的評估標(biāo)準(zhǔn)?；谠摲椒ê蜆?biāo)準(zhǔn)，對英國、法國、俄羅斯、荷蘭及德國等歐洲國家的潮汐能開發(fā)條件及潛能進(jìn)行了評估，并描述了可能實(shí)施的相關(guān)潮汐能項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)及預(yù)期效益。總結(jié)指出，歐洲擁有巨大的潮汐潛能，開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益比較可觀，但也面臨其他問題，包括可再生能源的競爭、項(xiàng)目建設(shè)周期長及環(huán)境影響等。在目前的條件下，可選擇成本相對較高的小型項(xiàng)目，以盡快實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目運(yùn)行并產(chǎn)生發(fā)電效益，為后期大型項(xiàng)目的建設(shè)累積經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：潮汐能；能量開發(fā)；歐洲

1“潮汐濕地”理念

潮汐濕地(TG)理念將沿海的大面積蓄水池(即水庫)與水輪機(jī)聯(lián)系在一起，在流量、安裝及維護(hù)等方面對這些水輪機(jī)的運(yùn)行方式進(jìn)行了優(yōu)化處理，可以將其布置在海域與水庫之間的人造通道內(nèi)(見圖1，2)。潮汐濕地方案的主要優(yōu)勢包括以下幾個(gè)方面。

(1) 由于最大程度保留自然潮汐環(huán)境能，該理念不會(huì)對沿岸環(huán)境產(chǎn)生不利影響。雖然潮汐會(huì)暫時(shí)延遲2 h(如圖3所示)，但是可以避免巨浪與異常的高水頭現(xiàn)象。

(2) 即便對于3 m或4 m的自然潮差，該方案的單位發(fā)電成本相比其他方案也將更加低廉。

(3) 可在面積較大的水庫中劃出一小部分區(qū)域用作抽水蓄能，也有利于興建低成本風(fēng)電場以及工業(yè)和旅游設(shè)施。可以保護(hù)海岸線，使其免受風(fēng)暴的襲擊，且發(fā)電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可以基本抵消因海平面上升所需的堤防建設(shè)成本。

2潮汐能發(fā)電潛能的評估準(zhǔn)則

當(dāng)平均潮差在3～7 m之間時(shí)，水輪機(jī)和人工通道的單位發(fā)電成本不會(huì)發(fā)生顯著的變化，但是如果潮差較小，則需要更大的水庫或者特定的海岸線形狀，這是由于堤壩長度與發(fā)電量之間的比值必須保持在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)。因此，若潮差小于3 m，有效發(fā)電潛能很可能比較低。

由于堤壩的成本隨著海水深度的升高而大幅增加，因而不能在超過最低潮位以下20 m的深處筑堤。有些國家，如愛爾蘭，雖然有著非常豐富的潮汐能資源，但卻很難找到深度合適的筑堤位置。如果水庫面積非常大，海水深度有利，且潮差適中，就更有可能增加成本效益。俄羅斯、英國、法國、荷蘭和德國都具備以上有利條件。以下將對可能實(shí)施的大型潮汐能項(xiàng)目進(jìn)行粗略的效益評估。

3歐洲各國的潮汐能遠(yuǎn)期項(xiàng)目

3.1英國

在英國，絕大多數(shù)研究的選址都集中在賽文(Severn)河口，此處潮汐大，堤壩短，水庫的總面積大約為500 km2，區(qū)域內(nèi)布置有單向運(yùn)行的燈泡式水輪發(fā)電機(jī)組。預(yù)計(jì)該項(xiàng)目的發(fā)電成本大約為150歐元/(MW·h)，并且單向發(fā)電運(yùn)行會(huì)顯著調(diào)節(jié)沿線的潮汐條件。采用“潮汐濕地”方案可大幅降低成本，并保留自然潮汐條件。在該方案中，通過將水庫面積將增加至1 000 km2并選擇潮差較小的地區(qū)，可使成本降低至100歐元/(MW·h)，年發(fā)電量達(dá)到30 TW·h。

在利物浦市北部的海岸沿線，分布著大面積的潮差為5 m的區(qū)域，且水深適宜。如果在此處興建潮汐能發(fā)電項(xiàng)目，其發(fā)電規(guī)模和單位發(fā)電成本與賽文潮汐能項(xiàng)目相當(dāng)。由于該地區(qū)潮位變化較大，可長期持續(xù)供電。

在倫敦以北的東海岸也可興建1個(gè)產(chǎn)能為10 TW·h/a的項(xiàng)目，其成本效益非?？捎^。

發(fā)電產(chǎn)生的收益可用于水庫的建設(shè)維護(hù)成本，還可在水庫內(nèi)興建低成本的風(fēng)力發(fā)電場。小型水庫可儲(chǔ)存能量用于調(diào)峰。

3.2法國

1980年，法國電力公司(EDF)聘請2家承包商和1家名為Gedem的水輪機(jī)供應(yīng)商開展了一系列研究，主要集中在潮差大于6 m的地區(qū)，在該區(qū)域安裝20 GW的燈泡式發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電量可以達(dá)到50 TW·h。研究建議使用若干個(gè)水庫及抽水蓄能設(shè)施，從而保證小潮時(shí)的出力也能達(dá)到20 GW。但是該方案的成本比法國當(dāng)時(shí)建造的核電站發(fā)電成本更高，并且會(huì)造成沿海岸線自然潮汐條件的變化。所以當(dāng)時(shí)選擇了核電站與裝機(jī)5 GW的傳統(tǒng)抽水蓄能電站的組合方案。

潮汐濕地理念可以應(yīng)用于潮差4～5 m的區(qū)域并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。這些區(qū)域不僅分布于英吉利海峽沿線，也分布于大西洋沿岸。實(shí)際發(fā)電量可達(dá)150 TW·h/a?？赡艿恼局钒ǎ核髂?La Somme)河入?？凇⒔B塞(Chausey)群島、雷島(Isle of Rhe)。以上站址的年發(fā)電量可達(dá)70 TW·h，發(fā)電成本不足100歐元/(MW·h)；壩堤長200 km，從海岸上幾乎無法看見堤壩。該發(fā)電量已經(jīng)超過法國現(xiàn)有的水電發(fā)電總量，而羅納(Rhone)河及萊茵河沿線的水電項(xiàng)目綿延500 km，年發(fā)電量也只有25 TW·h。因此相比而言，這些潮汐能項(xiàng)目更有優(yōu)勢。

3.3俄羅斯

在過去的幾十年里，俄羅斯一直在研究一種適用于潮汐的新型水輪機(jī)，尤其是適用于潮差2 m的雙向發(fā)電模式。運(yùn)用正交設(shè)計(jì)的水輪機(jī)構(gòu)造簡單，易于制造，在低水頭下似乎比燈泡式機(jī)組更有應(yīng)用前景，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相對更高的發(fā)電成本，這是因?yàn)槠鋯挝婚L度的土建成本更高。此外，當(dāng)單位長度上的發(fā)電量較低并隨自然潮汐水頭顯著減小時(shí)，發(fā)電成本也并不會(huì)隨著水頭的變化而產(chǎn)生顯著變化。總體來說，對于低潮差而言，其發(fā)電成本更高。

白海東部蘊(yùn)藏著巨大的潮汐潛能。研究集中在梅津(Mezen)地區(qū)，該區(qū)域的潮差接近6 m，計(jì)劃建設(shè)1個(gè)年發(fā)電量為20 TW·h的項(xiàng)目。若采用“潮汐濕地”理念及正交水輪機(jī)，可進(jìn)一步降低梅津項(xiàng)目的單位發(fā)電成本。

還可在潮差為4～5 m的喬沙灣(Cheschskay)和白海海域內(nèi)建一些規(guī)模較大的項(xiàng)目，其年發(fā)電總量可超過100 TW·h。而這些項(xiàng)目的通道設(shè)計(jì)需要適應(yīng)當(dāng)?shù)睾Ｓ虻慕Y(jié)冰問題。

3.4荷蘭

荷蘭絕大多數(shù)地區(qū)的潮差不足3 m，但在其北部有100 km的海岸線，潮差為3～4 m，并且此處海水深度低于25 m，區(qū)域面積超過3 000 km2，可以應(yīng)用潮汐濕地的發(fā)電方式。

若水庫面積為2 000 km2，潮差3.5 m，堤壩長100 km，則年發(fā)電量可達(dá)15 TW·h，其單位發(fā)電成本不到100歐元/(MW·h)。荷蘭在大型沿?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)中積累了大量經(jīng)驗(yàn)，可為此項(xiàng)目的開發(fā)提供參考。在20 km長的外海堤保護(hù)下，還極有可能在水庫區(qū)或沿海區(qū)實(shí)現(xiàn)其他更多的經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動(dòng)，如能源存儲(chǔ)、低成本風(fēng)力發(fā)電廠以及工業(yè)和旅游業(yè)發(fā)展項(xiàng)目。

3.5德國

在德國，有幾千平方公里的區(qū)域潮差接近4 m，與荷蘭類似，可開發(fā)多個(gè)項(xiàng)目。潮汐能技術(shù)的開發(fā)也可為當(dāng)?shù)鼐嗪０毒€20 km的地區(qū)提供重要的發(fā)展工業(yè)及港口機(jī)會(huì)。

4潮汐能在歐洲的開發(fā)前景

歐洲潮汐能預(yù)期成本大約100歐元/(MW·h)，甚至可能更低，所以其潮汐發(fā)電潛能巨大。不僅如此，在潮汐能水庫區(qū)建設(shè)風(fēng)電設(shè)施將帶來額外的低成本能源。潮汐能作為一種可再生能源，因成本低且能帶來可觀的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益而受到青睞。其潛在的能源供給量基本可以達(dá)到核心需求量，上述5個(gè)國家都已經(jīng)具備必要的潮汐能技術(shù)能力。但是，潮汐能開發(fā)仍存在以下3個(gè)難點(diǎn)。

(1) 潮汐能將面臨與核能及天然氣能源的競爭，而后兩者都廣受支持。

(2) 雖然潮汐能發(fā)電對于環(huán)境的影響看起來比其他大多數(shù)可再生能源都要小，但還是可能存在較高的反對呼聲。

(3) 大多數(shù)潮汐能的發(fā)電潛能適應(yīng)于開發(fā)規(guī)模在1～10 GW的工程，而大型工程的建設(shè)成本非常高，且通常會(huì)面臨交付周期較長的問題。

因此，實(shí)現(xiàn)潮汐能發(fā)電效益的關(guān)鍵在于開發(fā)規(guī)模較小的(100～500 MW)項(xiàng)目。此類項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間較短，可以在未來10 a內(nèi)投入運(yùn)營，其所需的堤壩及水輪機(jī)方面的技術(shù)與大型項(xiàng)目類似，且這些小型工程的經(jīng)驗(yàn)可以幫助指導(dǎo)并優(yōu)化未來大型工程的建設(shè)。很多區(qū)域都適宜建設(shè)這種初等規(guī)模的工程，盡管其生產(chǎn)電力的成本會(huì)更高一些。

王子昂方麗杰譯

(編輯：陳紫薇)

收稿日期：2016-02-17

文章編號(hào)：1006-0081(2016)05-0005-03

中圖法分類號(hào)：P743.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A