海水抽水蓄能電站環(huán)境影響分析

羅嘉佳

(深圳市水務規(guī)劃設計院股份有限公司，廣東 深圳 518000)

1 海水抽水蓄能電站概述

我國現有抽水蓄能電站均建于大陸地區(qū)，要求站址具有上、下水庫(上蓄下調)。隨著地質條件優(yōu)越、地形成庫條件好、水庫庫容大、裝機容量大、工程量相對較小[1]等開發(fā)條件較好的地點逐漸開發(fā)，今后的抽水蓄能電站選址將日益困難。在此情況下，利用海水進行抽水蓄能發(fā)電這種新型蓄能方式進入人們的視野，成為目前重要的研發(fā)任務之一。海水抽水蓄是傳統(tǒng)抽水蓄能技術的有效補充，具備傳統(tǒng)抽水蓄能電站的優(yōu)點，又有效利用了幾乎無限的海水資源。目前，海水抽水蓄能系統(tǒng)的研究方向是利用大海作為蓄水下庫，充分利用其水資源，解決傳統(tǒng)抽水蓄能電站對淡水量的依賴，對于臨海和淡水資源缺乏的島國和城市具有非常廣闊的發(fā)展前景[2]。

海水抽水蓄能有著明顯的優(yōu)點：選址方便——我國海岸線漫長，站址可選擇余地大，并且靠近沿海建設的火電站、核電站等電源，對于輸電、電力系統(tǒng)調峰有利；造價較低——可以利用大海作為蓄水水庫，不必另行建設下庫(調節(jié))，也不受水量限制[3]。

根據全國海水抽水蓄能電站普查成果(2017年)[4]，我國海水抽水蓄能電站資源儲量豐富。本次普查廣西、海南、廣東、福建、浙江、江蘇、山東、遼寧8省(區(qū))，共發(fā)現海水抽水蓄能電站238個資源站點(近海174個，島嶼64個)，資源總量為42083MW(近海37446MW，島嶼4637MW)。經統(tǒng)計，浙閩粵3省海水抽水蓄能資源豐富，合計184個資源站點，占8省(區(qū))總量的77%；3省資源量共31207MW，占8省(區(qū))總量的74%。初篩出廣東省上川島、南澳島、萬山島，浙江省青天灣、天燈盞、桃花島、龍?zhí)?，福建省浮鷹島等8個站點作為全國海水抽水蓄能電站試驗示范項目比選的備選站點。

1999年3月，世界上第一座海水抽水蓄能電站Okinawa Yambaru電站在日本沖繩島建成投產，也是迄今唯一付諸實踐的海水抽水蓄能電站。裝機容量30MW，最大工作水頭152m，最大流量26m3/s。該電站是一個試驗性項目，從建成開始進行了為期5年的真機試驗[5]。主要的研究項目有：上水庫海水滲漏；電站建筑材料海水侵蝕有效；海洋生物附生問題；抽水蓄能電站在各種海洋氣候條件下的運行[6]。工程運行實踐表明，它為沖繩本島電網的負荷平衡和頻率穩(wěn)定起到了重要作用[7]。2004—2014年，電站進入商業(yè)運行階段，同時進一步研究了電站蓄能緊急對應能力驗證及機組運行狀況。2016年，日本電源開發(fā)株式會社決定將沖繩海水抽水蓄能發(fā)電站撤除，計劃將相關的設備移到別處再利用[8]。

秉承可持續(xù)發(fā)展理念，抽水蓄能電站技術的發(fā)展與環(huán)境保護必須協調共進。海水抽水蓄能電站是新興事物，在運行過程中究竟會對周邊環(huán)境造成什么影響，是人們非常關心的問題。

2 運行期環(huán)境影響分析

根據相關文獻[9]的分析和Okinawa Yambaru電站運行期間的監(jiān)測[4]，海水抽水蓄能電站運行期的主要環(huán)境影響有以下幾方面。

2.1 上水庫海水滲透對地下水的影響

海水抽水蓄能電站儲存了大量海水，如果庫岸邊坡和庫底沒有做好防滲處理，高鹽度的海水就會在巨大水壓下迅速滲漏到周邊土壤和巖石縫隙中，從而可能造成土壤鹽漬化、淺層潛水咸化及部分地段Ⅰ承壓含水層咸化[10]，極大威脅上庫周邊植物的生長，甚至造成周邊地區(qū)的人畜飲水困難。

2.2 上水庫海水水汽對周邊陸生生態(tài)的影響

受大風的動力作用，上水庫海水表面容易形成富含鹽離子的水滴隨風飄散到周邊植被的莖桿和枝葉上，造成其生理脫水，嚴重時枯萎致死，在海岸地區(qū)被稱為海煞[11]。有文獻[12]指出，受浪花飛濺影響區(qū)域的綠化植物常見病害情況是葉緣或葉尖脫色、微黃，葉片有黃斑或褐斑，甚至大面積枯焦。海煞現象最明顯的區(qū)域為離岸邊10～20m區(qū)間。

2.3 取、排水對周邊水生生物的影響

電站向上庫抽水蓄能時，設置在海洋內的取水口急速抽取海水會產生巨大吸力，把周邊的浮游動植物隨水流一并吸入流道內，形成卷載效應(也稱卷吸效應)，對水生生物造成傷害，主要因為溫度、壓力、流速等變化引起的物理傷害。據東北師范大學研究[13]，由于水泵卷載，浮游動物量和浮游植物量的損失分別約為40%和10%。

電站向海洋放水發(fā)電時，排水口高速水流可能會對近岸海域的珊瑚礁產生沖刷影響。

3 環(huán)境影響預防和減緩措施

3.1 做好上水庫的防滲處理

為了阻止上水庫的海水滲透到周邊環(huán)境中，上水庫表面的防滲襯砌結構尤為重要。有研究[14]對三種聯合防滲形式進行了對比，即“土工膜和黏土”、“瀝青混凝土和鋼筋混凝土”、“瀝青/鋼筋混凝土和土工膜”，結果表明，土工膜或復合土工膜是海水抽水蓄能電站庫盆防滲的首推材料，鋼筋混凝土與土工膜聯合防滲方案的適應性比較強，基本能夠適用于大多數地質條件，建議選用有涂層保護的鋼筋混凝土面板進行庫岸防滲。而Okinawa Yambaru電站在上庫整個庫盆表面設置的聯合防滲形式(由下至上)是機制沙礫排水層—無紡土工布緩沖墊層—EPDM防滲層，如圖1所示。

圖1 Okinawa Yambaru電站上水庫防滲結構

同時，為預防橡膠板局部破損而導致海水泄漏，Okinawa Yambaru電站在防滲體系底部增加了一道保險，即在排水層中埋設排水管，導入排水泵抽回上庫或排洪鋼管流入海洋。排水管設置了鹽度監(jiān)測儀，一旦檢測出排水管道內鹽度異常，即自動向中控室發(fā)出警報，啟動排水泵或打開排洪鋼管。

除做好防滲襯砌和滲漏海水收集系統(tǒng)外，建設單位還應在修建海水抽水蓄能電站之前對站址區(qū)域進行詳細的地下水水文地質條件調查和生態(tài)調查。根據上水庫滲水與站址地下水流場的水力聯系情況，建立地下水監(jiān)測系統(tǒng)，在電站運行期間進行定期監(jiān)測。在正常運行情況下，海水的滲透與泄漏是通過每天的監(jiān)測和檢查來進行觀測的[3]。Okinawa Yambaru電站對EPDM橡膠板密封性的觀察從1998年8月水庫開始蓄水就啟動，5年真機運行期間，上庫蓄水池防海水滲透系統(tǒng)完全沒有發(fā)生海水滲漏跡象。上水庫庫周植物動物種群、小溪池塘等地表水體水質的建設前后對比監(jiān)測結果，也印證了海水滲透和泄漏現象沒有發(fā)生。

3.2 增加上水庫正常蓄水位與壩頂高差以減少海煞現象

對于上水庫的海水飛濺問題，在規(guī)劃選址和設計階段，總平面布置時考慮臺風及其影響，采取一定的安全儲備措施，如防濺墻，可通過風洞試驗和計算機模擬，結合類似工程經驗，綜合確定防濺墻的高度和防濺工程措施[15]。根據Okinawa Yambaru電站的經驗，利用棄渣沿上水庫邊沿筑壩及種植樹林，使得上水庫正常蓄水位與壩頂高差在2m以上，就可以有效地避免海煞現象[16]。真機運行過程檢測結果表明，在沒有臺風的通常情況下，風速無法使得上水庫中出現飛散鹽分的現象。在臺風狀況下，位于水庫下風向的土壤和樹葉表面，鹽分增量屬于自然變化幅度內，沒有達到鹽害水平。上水庫庫周植被始終生長茂盛亦可印證這一點。

3.3 優(yōu)選取、排水口位置并設法降低周邊流速

取、排水口的選址應該在詳盡生態(tài)調查基礎上進行，選擇設置在珊瑚礁盡可能少的沿岸，同時要考慮取水口深度，以盡可能避開表層水體浮游魚卵、仔魚。

在取、排水口周圍可以設置利用混凝土扭王塊壘砌的尾水防浪壩，既減小了大型魚類游進取水口范圍的可能性，同時也可使尾水防浪壩外周邊的流速減緩，接近于海域平均流速，減少了浮游生物的被動吸入。目前，Okinawa Yambaru電站采取的措施是在出水口設置了預制混凝土塊組成的擋水消能結構，這樣可使發(fā)電工況下排水的流速降至大約10cm/s[17]。

電站運行過程中，建設單位應該做好取水口附近的漁業(yè)資源的監(jiān)測，適當作出漁業(yè)補償，通過人為措施，出資采用人工放流等手段來強化、縮短漁業(yè)資源恢復過程。

4 結論與建議

從目前的資料來看，在做好相應的工程防護措施之后，海水抽水蓄能電站的建設對周邊環(huán)境影響較小。是一種綠色建站方式，充分利用了海洋資源。但海水抽水蓄能電站是新事物，上水庫建設對周邊生態(tài)環(huán)境的影響程度、抽排水對近岸海域的生態(tài)環(huán)境影響程度均有待觀察，所以在電站建設前、建設過程中、運行期均應高度重視環(huán)境監(jiān)測。監(jiān)測的對象包括：近岸海域的浮游動植物、魚類；上水庫內的浮游動植物、魚類；上水庫附近的空氣鹽分、植被；上水庫附近的土壤動物；上水庫附近的土壤鹽分；上水庫附近的兩棲類、鳥類；項目區(qū)地下水和地表水水質；環(huán)境噪音；尾水防浪壩外側海浪高度及水流速度；海洋生物吸附量。