田灣核電基地灘涂光伏示范項(xiàng)目研究與實(shí)踐

姜孔華

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000)

按照中國(guó)核能電力股份有限公司統(tǒng)一部署，江蘇核電以“一三五”目標(biāo)路線圖為工作指引，緊扣建設(shè)多元化核電基地的中心任務(wù)，利用自身資源和地域優(yōu)勢(shì)，與中核匯能合作開(kāi)發(fā)中核田灣灘涂光伏示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目建成后將成為全國(guó)最大的海上光伏項(xiàng)目和全球首個(gè)核電廠溫排水海域立體確權(quán)光伏項(xiàng)目，將成為“核、光、儲(chǔ)多能互補(bǔ)”新能源的樣板工程。

1 田灣核電基地附近海域資源情況

1.1 連云港市灘涂整體情況

連云港市位于江蘇省北部，北與山東省日照市交界，南與江蘇省鹽城市毗鄰，是江蘇省海洋發(fā)展重要城市，海岸主要為砂質(zhì)和泥質(zhì)，連云港市沿海灘涂面積10萬(wàn)公頃以上，占全市陸域面積11%以上。連云港灘涂具有豐富的自然資源和悠久的發(fā)展歷史，連云港因地制宜，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)灘涂海域資源，產(chǎn)業(yè)主要有近海水產(chǎn)養(yǎng)殖、制鹽加工、港口開(kāi)發(fā)和旅游觀光等，在建設(shè)亞歐大陸橋頭堡方面起了重要作用。

1.2 田灣核電基地附近海域情況

田灣核電基地建設(shè)8臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組，8臺(tái)機(jī)組溫排水工業(yè)用海共計(jì)約35 km2，排放口溫排水用海海域已經(jīng)獲得海域使用權(quán)證。

田灣核電基地所在海灣內(nèi)水下地形坡度較緩，0 m等深線距岸1～2 km，地貌類型為屬潮間帶淤泥質(zhì)淺灘，水下地形較平坦，海底高程范圍0～6 m，水深范圍由近岸0 m向海域過(guò)渡6 m左右。海灘物質(zhì)為基本上由粒徑為0.005～0.02 mm的黏土質(zhì)物質(zhì)組成，具有典型的淤泥質(zhì)海岸特征，海域平均潮差約為3.38 m，田灣核電基地附近海岸形勢(shì)如圖1所示。

圖1 田灣核電基地附近海岸形勢(shì)圖Fig.1 The coastal situation near Tianwan NPP

2 海洋灘涂光伏電廠國(guó)內(nèi)實(shí)施情況

2.1 發(fā)展海洋灘涂光伏電廠政策

2020年，我國(guó)首次提出“碳達(dá)峰、碳中和”的“雙碳”目標(biāo)，黨中央和國(guó)務(wù)院提出，全面推進(jìn)太陽(yáng)能發(fā)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)和高質(zhì)量發(fā)展，加快智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)和特色應(yīng)用，創(chuàng)新“光伏+”模式，推進(jìn)光伏發(fā)電多元布局[1]。

江蘇省能源規(guī)劃提出，加快推進(jìn)“光伏+”綜合利用，鼓勵(lì)利用農(nóng)業(yè)大棚、魚(yú)塘水面、沿海灘涂、采煤塌陷區(qū)等資源復(fù)合開(kāi)發(fā)光伏電廠。

發(fā)展海洋灘涂光伏是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有力舉措，海洋灘涂光伏建設(shè)符合國(guó)家和江蘇省產(chǎn)業(yè)政策支持發(fā)展方向，有利于創(chuàng)新拓展海洋資源多元化綜合利用，有利于促進(jìn)地區(qū)低碳轉(zhuǎn)型和可持續(xù)高效發(fā)展。

2.2 海洋灘涂光伏電廠發(fā)展情況

海洋灘涂光伏電廠主要有樁基支架式和懸浮漂浮式兩種，支架式海洋灘涂光伏電廠由于其對(duì)灘涂地面占用面積少，對(duì)灘涂原有生態(tài)環(huán)境影響小，在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速。

國(guó)內(nèi)沿海的山東省、浙江省和福建省對(duì)于建設(shè)海洋灘涂光伏電廠出臺(tái)多項(xiàng)鼓勵(lì)政策，并在用海用地方面給以優(yōu)惠支持，2020年以來(lái)，已建成和投運(yùn)多個(gè)海洋灘涂光伏電廠，電廠采用與農(nóng)業(yè)和漁業(yè)互補(bǔ)綜合利用的形式實(shí)施，項(xiàng)目取得的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

大唐浙江象山長(zhǎng)大涂灘涂光伏項(xiàng)目位于浙江省寧波市象山縣高塘島鄉(xiāng)長(zhǎng)大涂，項(xiàng)目使用灘涂4 516畝，總裝機(jī)容量300 MW，項(xiàng)目于2020年9月18日開(kāi)工建設(shè)，2021年6月29日投產(chǎn)發(fā)電[2]。

3 項(xiàng)目建設(shè)情況

中核田灣200萬(wàn)千瓦灘涂光伏示范項(xiàng)目使用田灣核電基地已確權(quán)溫排水區(qū)域?yàn)┩棵娣e36 000畝，采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)，該項(xiàng)目體量大，用海復(fù)雜，屬國(guó)內(nèi)示范工程。

中核田灣200萬(wàn)千瓦灘涂光伏示范項(xiàng)目采用3 709 440塊540 Wp高效單晶硅組件，共分成480個(gè)子方陣。按25年運(yùn)營(yíng)期考慮，年平均上網(wǎng)電量235 413.77萬(wàn) kW·h，年平均等效滿負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為1 175.25 h[3]，田灣灘涂光伏示范項(xiàng)目示意圖如圖2所示。

圖2 田灣灘涂光伏示范項(xiàng)目布置圖Fig.2 The schematic of the Tianwan tidal flat photovoltaic demonstration project

項(xiàng)目配套儲(chǔ)能電廠200 MW/400 MW·h，容量分為2組，單組容量100 MW/200 MW·h。兩組儲(chǔ)能分別通過(guò)1臺(tái)主變升壓至220 kV，再通過(guò)1回220 kV電纜接入光伏電廠220 kV母線。項(xiàng)目的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能電廠為電化學(xué)儲(chǔ)能電廠在電網(wǎng)系統(tǒng)中調(diào)頻、調(diào)峰響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)能力等多方面提供了現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為后續(xù)電化學(xué)儲(chǔ)能和虛擬電廠實(shí)踐提供了數(shù)據(jù)理論基礎(chǔ)，可促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)的多元化、智能化發(fā)展。

4 項(xiàng)目的特殊性

與普通地面或者灘涂光伏電廠建設(shè)相比，中核田灣200萬(wàn)千瓦灘涂光伏項(xiàng)目所在區(qū)域?yàn)樘餅澈穗姀S已確權(quán)的溫排水區(qū)域，在與核電廠相容性分析、海域使用論證、用海立體確權(quán)和濕地占補(bǔ)平衡方面有較大的不同。

4.1 與核電廠運(yùn)行溫排水相容性分析

由于核電廠的特殊性，為確保核電廠的運(yùn)行安全，必須對(duì)光伏項(xiàng)目建設(shè)對(duì)核電廠溫排水的影響進(jìn)行論證。項(xiàng)目用海位于田灣核電廠溫排水區(qū)域海域范圍內(nèi)，8臺(tái)核電機(jī)組冷卻水流量達(dá)到422～472 m3/s，附近海域洋流較慢，海水?dāng)U散能力一般。光伏項(xiàng)目建設(shè)勢(shì)必會(huì)對(duì)核電廠運(yùn)行帶來(lái)一定影響，國(guó)家審管部門也高度關(guān)心光伏建設(shè)給核電廠運(yùn)行帶來(lái)的影響，光伏項(xiàng)目建設(shè)不能影響到核電廠的安全穩(wěn)定高效運(yùn)行和7/8號(hào)機(jī)組工程建設(shè)。

項(xiàng)目委托專業(yè)公司對(duì)田灣核電廠8臺(tái)機(jī)組運(yùn)行開(kāi)展必要的模擬計(jì)算工作，綜合評(píng)價(jià)光伏項(xiàng)目建設(shè)對(duì)田灣核電規(guī)劃8臺(tái)機(jī)組運(yùn)行溫排水排放海域絕對(duì)溫度變化等的影響，為核電運(yùn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。模擬計(jì)算的同時(shí)，也可以根據(jù)溫度場(chǎng)變化合理布置光伏板支柱，確保核電廠和光伏項(xiàng)目建設(shè)最終影響范圍符合電廠附近的海域功能區(qū)和海洋環(huán)境功能區(qū)。

溫排水影響評(píng)價(jià)主要根據(jù)電廠海域岸線地形、水文、氣象條件動(dòng)態(tài)變化以及核電廠溫排水影響的熱量模型開(kāi)展相應(yīng)的溫度場(chǎng)變化模擬研究，模型中針對(duì)光伏影響水溫的主要因素——輻射遮擋、風(fēng)速遮擋以及樁柱阻流。

通過(guò)模擬計(jì)算得出，受光伏板遮蔽作用，光伏區(qū)水表面白天吸收外界熱量減少，同時(shí)夜間向外散熱減少，水表面整體處于失熱狀態(tài)，由此造成核電廠排水工程水域水溫有所下降，岸邊下降幅度最大，至外海逐漸降低。光伏樁柱對(duì)工程海域流場(chǎng)會(huì)存在一定影響，表現(xiàn)為光伏區(qū)流動(dòng)方向趨向于東西向，流動(dòng)減弱，光伏區(qū)南北側(cè)外圍流動(dòng)增強(qiáng)。

在優(yōu)化布置光伏板情況下，從圖3可以看出，在與核電廠8臺(tái)機(jī)溫排水評(píng)估相同的地形、氣象和水文條件，光伏疊加核電廠8臺(tái)機(jī)運(yùn)行工況下工程海域全潮最大溫升面積減小，冬、夏季全潮最大4 ℃溫升范圍減小幅度分別為1.6 km2和0.6 km2，冬、夏季全潮最大1 ℃溫升范圍減小幅度分別為5.0 km2和0.6 km2，光伏與核電疊加后溫升范圍滿足核電廠溫排水區(qū)域符合功能區(qū)要求[4]。

圖3 冬季光伏建設(shè)溫升影響對(duì)比圖Fig.3 Comparison ofthe temperature rise influence of photovoltaic construction in winter

4.2 海域使用論證

項(xiàng)目用海區(qū)為核電廠排放溫排水區(qū)域，原為傳統(tǒng)紫菜養(yǎng)殖區(qū)，光伏項(xiàng)目建設(shè)應(yīng)根據(jù)《海域使用論證技術(shù)導(dǎo)則》[5]對(duì)所在海域及毗鄰區(qū)域自然環(huán)境、資源及產(chǎn)業(yè)布局進(jìn)行專業(yè)調(diào)查，針對(duì)光伏樁基和光伏板布置方案開(kāi)展海域使用論證工作。論證包括用海的適宜性及合理性，對(duì)海域生態(tài)、資源環(huán)境及相鄰海洋功能區(qū)的影響程度，與海洋功能區(qū)劃和相關(guān)規(guī)劃符合性分析，與利益相關(guān)方(田灣核電廠、毗鄰港口、海水養(yǎng)殖、海島旅游等)相互影響分析，以及項(xiàng)目用海選址、方式、面積、期限的合理性分析。定量分析項(xiàng)目實(shí)施對(duì)相關(guān)海域的水動(dòng)力條件、泥沙運(yùn)移路徑、岸灘及底床沖淤特性、水質(zhì)/底質(zhì)質(zhì)量狀況和生態(tài)環(huán)境等諸方面的影響，并提出項(xiàng)目用海的對(duì)策和建議。通過(guò)論證分析，中核田灣200萬(wàn)千瓦灘涂光伏項(xiàng)目用海對(duì)周邊環(huán)境影響較小，光伏建設(shè)和運(yùn)行時(shí)，光伏支柱對(duì)海域水動(dòng)力產(chǎn)生一定影響，會(huì)促進(jìn)懸浮泥沙灣內(nèi)淤積，但影響可控，通過(guò)合理的布置光伏支柱和施工進(jìn)度控制，不會(huì)影響核電的取排水工程，項(xiàng)目整體對(duì)周邊生態(tài)影響在可接受范圍內(nèi)，與周邊利益相關(guān)方無(wú)明顯用海沖突，滿足連云港市海洋功能區(qū)和海洋環(huán)境功能區(qū)。

4.3 海洋灘涂開(kāi)發(fā)立體確權(quán)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，近岸海域的開(kāi)發(fā)范圍和用途不斷提高，人們對(duì)于海域空間資源的開(kāi)發(fā)需求已從單一領(lǐng)域轉(zhuǎn)向全方位開(kāi)發(fā)利用。

國(guó)家海洋局于2016年10月印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范海上風(fēng)電用海管理的意見(jiàn)》[6]，提出“鼓勵(lì)實(shí)施海上風(fēng)電項(xiàng)目與其他開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)使用海域的分層立體開(kāi)發(fā)”，這可以最大限度發(fā)揮海域資源效益，這為海洋綜合開(kāi)發(fā)和立體確權(quán)提供了指導(dǎo)意見(jiàn)。

國(guó)內(nèi)已有多個(gè)海洋立體開(kāi)發(fā)案例，如遼寧省長(zhǎng)?？h實(shí)行的養(yǎng)殖用海立體確權(quán)管理、連云港海濱跨海大橋立體確權(quán)管理等，這也為在田灣核電廠附近海域開(kāi)發(fā)灘涂光伏電廠提供了實(shí)踐和政策支撐。

參照田灣跨海大橋建設(shè)情況，根據(jù)海域使用論證技術(shù)導(dǎo)則，中核田灣200萬(wàn)千瓦灘涂光伏示范項(xiàng)目建設(shè)用海需進(jìn)行立體確權(quán)，項(xiàng)目開(kāi)工建設(shè)前應(yīng)取得自然資源部同意并完成確權(quán)工作。項(xiàng)目的立體確權(quán)主要有兩種方式，一是由項(xiàng)目建設(shè)方中核江蘇新能源有限公司獨(dú)立申請(qǐng)透水構(gòu)筑物海域使用權(quán)，二是由江蘇核電在已有的海域溫排水工業(yè)用海權(quán)證上增加透水構(gòu)筑物使用權(quán)?？紤]到項(xiàng)目公司實(shí)施主體和便利性，項(xiàng)目擬采用立體確權(quán)方式實(shí)施。

4.4 濕地占補(bǔ)平衡論證

根據(jù)濕地劃分標(biāo)準(zhǔn)，中核田灣200萬(wàn)千瓦灘涂光伏示范項(xiàng)目用地低潮時(shí)水深淺于6 m，用地應(yīng)屬于濱海濕地，根據(jù)《中華人民共和國(guó)濕地保護(hù)法》[7]，由于光伏項(xiàng)目使用樁基，立柱將占用一定濕地，根據(jù)法規(guī)要求必須依法辦理相關(guān)占補(bǔ)平衡手續(xù)，并提交濱海濕地保護(hù)和恢復(fù)方案，項(xiàng)目通過(guò)專業(yè)公司論證，編制濱海濕地保護(hù)與恢復(fù)方案并提交審管部門批準(zhǔn)。

5 結(jié)論

1)項(xiàng)目利用田灣核電廠附近特殊用途功能區(qū)域建設(shè)光伏電廠，建成后將成為全國(guó)最大的海上光伏發(fā)電項(xiàng)目，也是江蘇省第一個(gè)沿海灘涂海上光伏項(xiàng)目，將為今后江蘇沿海建設(shè)灘涂光伏提供參考借鑒。

2)項(xiàng)目建成后將在區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)形成“核光儲(chǔ)”多能互補(bǔ)樣板工程，項(xiàng)目考慮“核能+光伏+儲(chǔ)能”新能源一體化建設(shè)方案，建成后將有較好的示范作用。

3)通過(guò)合理布置光伏組件，光伏電廠建成后符合溫排水功能區(qū)劃要求，通過(guò)增加海洋立體確權(quán)提高海洋使用率，為我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新和全國(guó)核電廠溫排水海域綜合利用提供示范作用。

6 后續(xù)思考

1)中核田灣200萬(wàn)千瓦灘涂光伏電廠建成后，將會(huì)成為連云港市科普旅游的新亮點(diǎn)，田灣核電本身是全國(guó)核能科普基地，灘涂光伏電廠可與核能科普、特色小鎮(zhèn)和海上觀光旅游相結(jié)合，突出科技旅游、綠色旅游特色，在促進(jìn)旅游業(yè)發(fā)展的同時(shí)，提高了公眾對(duì)核電多能互補(bǔ)清潔能源的認(rèn)可度。

2)光伏示范項(xiàng)目按照功率10%及以上比例配建調(diào)峰能力儲(chǔ)能電廠(時(shí)長(zhǎng)2 h)，項(xiàng)目?jī)?chǔ)能容量達(dá)200 MW/400 MW·h。儲(chǔ)能電廠與田灣核電廠直線距離為5 km左右，利用好儲(chǔ)能電廠與核電廠調(diào)峰、應(yīng)急電源備用將在項(xiàng)目建成后進(jìn)行論證，提升儲(chǔ)能電廠使用效率。

3)現(xiàn)在運(yùn)行和在建核電廠均位于沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，能源消耗總量大，對(duì)綠色用電需求旺盛，在后續(xù)建設(shè)規(guī)劃中可以根據(jù)各地海洋和灘涂資源情況統(tǒng)一規(guī)劃用海申請(qǐng)，一步到位進(jìn)行海域使用確權(quán)工作，核電開(kāi)發(fā)和光伏電廠建設(shè)同步實(shí)施。