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我國潮汐能開發利用調研

文章來源:國家海洋局第二海洋研究所 | 發布日期:2007-09-07 | 作者:許建平  王傳昆 | 點擊次數:

    一、引言

    潮汐能作為一種可再生的潔凈的自然能源,在國內外很早就引起了人們的關注。自20世紀70年代西方發生石油危機以來,世界上掀起了一股尋求替代能源、開發利用可再生能源的熱潮。特別是1992年聯合國世界環境與發展大會以后,為了保護日益惡化的人類生存環境,走可持續發展的道路,調整能源結構,大力開發可再生能源已成為世界各國的共識,并形成國際大氣候。自1967年法國建成24萬千瓦的朗斯潮汐電站后,許多沿海國家都提出了開發潮汐電站的各種方案。截止20世紀90年代初,世界上完成規劃或設計論證以及建議的潮汐電站壩址已達139處。有專家預言,21世紀初世界上將有100萬千瓦級的大型潮汐電站建成。

    浙江省是我國潮汐能資源最豐富、開發利用最早、取得業績最好的省份之一。為此,作者就該省潮汐能開發利用的歷史和現狀進行了一次全方位調研,收集到了大量第一手資料。經過認真的梳理和客觀分析,形成了這份調研報告。其中所反映的一些開發活動、統計數據和評價觀點或許還是鮮為人知,僅希望人們能對我國早期潮汐能開發利用的狀況有一較全面的認識和了解,以喚起人們對潮汐能開發利用的重視和支持。

    二、 潮汐能開發利用活動回顧

    眾所周知,浙江省不但潮汐能資源豐富、開發條件好,而且一直以來對潮汐能開發利用較為重視。40多年來,我國潮汐能開發利用活動和建設大多發生在浙江省或與該省有關。自1958年以來,浙江省對主要的潮汐電站站址開展了大量的規劃設計和選點考察工作,同時陸續建成了一批小型潮汐電站,至80年代中期長期運行發電的尚有4座(占全國一半),而到目前為止僅剩2座(全國3座)。可以看到,浙江省潮汐能開發利用活動,也即我國潮汐能開發利用活動大概經歷了4個時期。

    1、潮汐能資源普查階段(50-60年代)

    1958年,在我國沿海各省掀起了一股開發潮汐能的熱潮,浙江省則以錢塘江口潮汐能開發為重點,開展了一系列資源調查工作[1][2]。經對全省11處較大港灣和河口進行踏勘后,初步估算得到全省沿海潮汐能資源總裝機容量為915.9萬kW,年發電量可達227.4億kWh。

    1958年10月,全國潮汐發電會議在上海召開,“錢塘江口潮汐電站建設”成為會議的中心議題,并形成了 “錢塘江河口等大型潮汐電站要抓緊研究” 的會議決議。1959年11月,浙江省將“乍浦潮汐電站”列為錢塘江下游綜合治理第二期工程,并把工程初步規劃方案正式上報中央。同年12月,該方案被國家計委列入近期建設計劃。1960年4月,國家科委和水電部在杭州召開錢塘江河口綜合治理開發科技工作會議,制定了1960-1962年科技發展規劃,確定了潮汐能開發的9項研究任務,即河口潮波特性、泥沙運動、河床演變、松軟地基處理和水上施工技術、水工結構形式,以及低水頭大流量水力發電機組型式和機組結構、機組制造的代用材料等方面的研究。1961年,因遇自然災害,國民經濟進入調整時期,科研規劃實施進程推遲,潮汐電站建設項目也趨于停頓。

    但從全國來看,在短短幾個月的時間里,從廣東到山東沿海還是建成了一批(約40余座)小型潮汐電站,總裝機容量達583kW。浙江省在這一時期也建成了幾座小型潮汐電站,至今有據可查的有汛橋(臨海)、沙山(溫嶺)、清江渡(樂清)、雙合(岱山)和銅盆鋪(鄞縣)等5座潮汐電站。這批電站裝機規模均很小(一般幾十千瓦),機電設備簡陋,水輪機轉輪為木制,發電機多為感應電動機改裝。其中長期運行的僅有沙山潮汐電站一座。

    2、潮汐能資源開發論證階段(70年代)

    70年代浙江省潮汐能開發活動,主要圍繞著江廈潮汐試驗電站的選點、規劃、設計和建設進行[1]。

    1970年7月水電部批示該部駐浙第十二工程局,“對潮汐能資源進行查勘提出規劃,選擇試點工程,搞好勘測設計工作。”1972年3月水電部第十二工程局在提交的《樂清灣綜合開發技術經濟調查報告》中,提出了開發樂清灣潮汐能資源的4個比較方案。其中第一方案,即現在的江廈電站方案;第四方案為江巖山至漩門港以內庫區一次性開發方案。經技術經濟比較,考慮到試驗電站的規模和投資,最終確定江廈港作為我國潮汐試驗電站的首選站址。

    1972年3月,國家計委批準江廈潮汐試驗電站工程,并列為國家重點科研項目。次年4月,試驗電站工程在溫嶺縣地方在建的七一塘圍墾工程的基礎上開工建設,至1978年土建工程竣工。

    在這一時期,浙江省除開始研建江廈潮汐試驗電站外,沿海各縣還先后建成一批小型潮汐電站,它們是象山縣的高塘、岳浦、吉港、兵營,玉環縣的海山和洞頭縣的北沙等6座。這批電站多數建在當時大電網未達到的孤島和邊遠沿海地區,裝機規模都在150kW以上,但長期運行發電的僅有海山和岳浦站。

    由此可見,浙江省在五十年代末、七十年代初建成的兩批小型潮汐電站,總數有11座之多,但大都在建成不久即廢棄。究其原因,主要是這兩批電站建設均處在“大躍進”和“文革”時期。而且,建站前對自然環境條件調查不充分,論證不足,建站后又出現庫區泥沙淤積嚴重,水輪機等設備簡陋、質量低劣,對海水腐蝕、海生物污損也沒有采取有效措施,更沒有處理好電站與排灌、通航的矛盾,以及對間隙性潮電未能采取補救措施,用戶感到使用不便等問題,從而導致這些電站在建成后不久就陸續關停廢棄。

    值得一提的是,處于樂清灣和象山港的沙山和岳浦潮汐電站,是當時建成的11座電站中運行時間最長的2座,直至80年代中期大電網到達后,才因設備陳舊、經濟效益低下而停止運行。

    3、國家試驗電站建設階段(80年代)

    這是我國國民經濟開始快速發展的一個時期,但能源供求矛盾日趨突出,故國家決定重點加速發展農業、交通運輸和能源等基礎產業。于是,潮汐能開發利用開始受到我國沿海地區各級黨委和政府的重視,浙江省潮汐能開發同樣出現了空前活躍的局面,主要圍繞著江廈潮汐試驗電站的建設和萬千瓦級潮汐電站的前期工作展開。

    (1)江廈潮汐試驗電站建設

    1980年5月底,江廈潮汐試驗電站經過近7年的建設,第一臺由我國自行研究設計制造的500kW燈泡型貫流式雙向潮汐水輪發電機組試運行成功[3]。1983年,原國家科委將江廈潮汐試驗電站的研建列為國家“六五”重點科技攻關項目。1985年12月,江廈潮汐試驗電站5臺機組全部投產發電。總裝機容量為3200kW,設計年發電量為997萬kWh。1986年1月,由原國家科委和水電部主持,在浙江省臨海市召開了江廈潮汐試驗電站科技攻關項目評審會議。評審委員會對電站取得的技術成果及經濟效益和社會效益均給予了高度評價。1987年,江廈潮汐試驗電站項目獲得國家科技進步二等獎。

    (2)萬千瓦級潮汐電站選址前期準備[1][4]

     在江廈潮汐試驗電站建設期間,浙江省科協組織下屬12個學會、研究會的30余名高中級科技人員,于1983年5月,開展了萬千瓦級潮汐電站的選點考察,并推薦位于象山港末端的黃墩港峽山壩址方案作為萬千瓦級潮汐試驗電站站址。經初步估算,該站址可裝機容量可達5萬kW,年發電量為1.3億kWh。至于樂清灣潮汐能資源開發,專家們認為它是大型潮汐電站的理想站址,但因規模大,涉及面廣,應在充分調查研究和科學試驗的基礎上,就潮汐能、港口、水產和土地四大資源權衡利弊,統籌規劃協調后,方能提出綜合開發方案。[NextPage]

    1984年7月,原國家科委海洋組也曾組織國內專家,對浙江省象山港內的黃墩港和樂清灣,以及福建省連江縣的大官坂和平潭縣竹嶼口等站址進行了一次聯合考察。專家們一致認為,浙江省的黃墩港潮汐能豐富,泥沙淤積不明顯,建站與航運、海防、圍墾等矛盾不大,海上建筑物只需建造一座2km長的大壩,即可形成發電水庫,該站址可進行內容廣泛的潮汐能開發和綜合效益的科研工作,可為大型潮汐電站提供科學依據。缺點是工程量大、投資多、短期不易見效。建議浙江省對健跳港和鐵港(獅子口)站址再做工作,并與黃墩港對比后提出一個最佳站址。

    于是,在1984年9月,浙江省科委又組織了一次三門灣健跳港潮汐能開發專題考察。專家們經過對該港內黃門峽、鎖木渡、鳳凰山、羅城和龍江等壩址的實地考察,以及分析對比后提出:處于健跳港內中段的鳳凰山和鎖木渡壩址對下游港口影響較小,可裝機2.0-2.5萬kW,容量適中,與黃墩港壩址相比具有潮差大、投資小、施工期短等優點,近期實施的可能性較大,故建議對此站址先期進行可行性研究。

    1985年春,浙江省科委把健跳港潮汐電站可行性研究列為該省重點科研項目。并于1988年8月提交了“健跳港萬千瓦級潮汐電站可行性研究報告”,推薦鳳凰山為電站壩址,裝機容量為1.5萬kW,年發電量為4500萬kWh,工程總投資1.172億元,施工期4年。工程建成后對環境影響較小,庫內無淹沒損失,筑壩后可以便利庫內兩岸交通,且可為今后大型潮汐電站開發提供經驗,故認為該站具有開發建設價值。

    4、 萬千瓦級潮汐電站選址階段(90年代)

    90年代從國際到國內都呈現了開發可再生能源的大好環境。1992年聯合國環境與發展大會要求各國,為了保護環境,限制有害氣體排放,加速發展可再生能源。我國政府承諾承擔義務,并最早提出旨在保護環境,走可持續發展道路的《21世紀議程》。國家計委、科委、經貿委及水利部、電力部、農業部和海洋局等相關政府部門,以及沿海各級政府的相關部門,均在有關規劃、計劃中提出包括利用海洋能在內的開發可再生能源的目標和措施。而潮汐能資源量比較豐富的浙江和福建兩省,其開發積極性更高,在上級主管部門和專業單位的支持下,開展了萬千瓦級潮汐電站選址的前期工作。

    1991年9月,電力部華東勘測設計研究院完成了浙閩沿海潮汐電站規劃選點工作,從全國潮汐能第二次普查[5]獲得的浙閩沿海數十個萬千瓦以上的站址中,篩選出11個條件較好的站址(其中有浙江省的黃墩港、獅子口、岳井洋、健跳港和樂清灣等5個站址),進行了重點規劃設計,經技術經濟指標分析比較,推薦健跳和獅子口分別作為萬千瓦級和10萬千瓦級潮汐電站近期開發項目[6]。
1999年,國家電力總公司華東勘測研究院受浙江省電力局委托,完成了健跳港潮汐電站預可行性研究,提出該站址是我國當前條件下適宜開發的最佳潮汐能資源利用區。并進一步推薦鎖木渡為壩址,開發方式為單庫單向落潮發電,初選裝機容量為2萬kw,年發電量為5000萬kwh[7]。

    然而,值得遺憾的是,由華東勘測設計研究院承擔,并經多年反復勘測、論證完成的“浙江省三門縣健跳港潮汐電站(萬千瓦級)預可行性研究”報告,依然束之高閣,至今未予評審。

    三、潮汐能開發利用現狀及評價

    1、潮汐能開發利用現狀

    由我國潮汐能開發利用活動回顧可知,浙江省從50年代末開始興建潮汐電站,至70年代中期,在沿海地區共建成潮汐電站11座,其中有4座長期運行,曾發揮很好作用,簡介如下。

    (1)江廈潮汐試驗電站

    位于樂清灣北端江廈港。平均潮差5.08m,最大潮差8.39m。港灣壩址處寬686m,壩內港灣面積5.3km2。該站于1973年4月在地方建設中的“七一”塘圍墾工程基礎上開工,1978年土建工程竣工,1980年5月第一臺機組發電,并聯網運行。1985年底全面建成,總裝機容量3200kW,5臺機組分別由1臺500kW、1臺600kW和3臺700kW組成。設計年發電量為997萬kWh。電站為單庫雙向運行,水庫面積1.37km2,機組具有正反向發電和正反向泄水四種功能。電站總投資1130萬元。

    江廈潮汐試驗電站自第一臺機組并網發電至今已經25年,全部建成已近20年。由該站20多年的運行表明,我國自行設計制造的雙向燈泡型貫流式水輪發電機組運行可靠,機組過水機件和海工建筑物的防海水腐蝕和防海生物污損措施效果顯著,庫內外泥沙淤積不明顯。

    但需指出的是,由于江廈潮汐試驗電站的水輪發電機組性能未達到設計模擬樣機的性能,且流道水頭損失較大,以及設計中忽視了設備檢修停止運行對發電量的影響等原因,故最終年發電量未能達到原設計指標。目前的實際年發電量僅為500-660萬kWh。

    (2)沙山潮汐電站

      該電站位于樂清灣北端江廈潮汐電站的壩下,隸屬溫嶺市江廈鄉下樓村。1958年10月動工建設,1959年8月建成發電。該電站是在灘涂上筑堤圍庫建設而成。平均潮差5.08m,水庫面積0.05km2,庫容5.15萬m3。初期(1961年)安裝木制旋漿式水輪機,配一臺16kW發電機,單向落潮發電。1964年底改用一臺40kW發電機,電站原建及改建投資4萬元(其中國家補助2萬元)。日平均發電時間12-13小時,年發電量9.3萬kWh。在大電網到達前,該電站對促進當地經濟發展發揮了很好的作用,其中:1)供電照明1325戶;2)工農漁副業產品加工企業數十家;3)電力灌溉水田53公頃,單產從3000kg提高到9750kg。

    1980年6月,該電站并入縣電網,電價下跌至每千瓦小時0.085元,后大電網接通后,電價下跌至每千瓦小時0.05元,電站收益進一步下降。1984年電站實行集體承包經營,終因經濟效益低下而停止發電。

    沙山潮汐電站是我國最早建成的一批潮汐電站中,唯一長期運行達25年以上的小型潮汐電站。70年代全國第二次掀起建設潮汐電站的熱潮時,沿海不少省份曾派技術人員到該站參觀取經,起到了很好的示范作用。

    (3)海山潮汐電站

     位于樂清灣中部玉環縣海山鄉茅埏島西南端。平均潮差4.91m。1973年7月開工建設,1975年9月建成。該站為上、下庫,加抽水蓄能水庫的單向全程獨立供電的潮汐電站,設計裝機容量2×75kW,1975年安裝第一臺75kW機組,蓄能發電站容量為55kW。

   1983年,該站曾因庫內泥沙淤積影響發電,后采用水槍排淤取得較好效果。1986年4月經改建,擴大上下庫面積(上庫至0.26km2,下庫至0.03km2),蓄能水庫容量擴至12萬m3,并增裝第二臺75kW機組,建成一站三庫連續發電的新型潮汐電站,年發電量達21-24萬kWh。1988年1月并入縣電網運行。該電站1996年再次改造,換裝新機組,擴容為2×125kW,年發電量達33-38萬kWh。

    并網前,電站電力供1200戶家庭生活用電、16個鄉村企業供電。蓄能水庫蓄能發電的同時,保證了全島4000余人的生活用水,并灌溉水田67公頃,使水稻單產從每公頃6000kg提高到9675kg,抗旱能力從30天提高到70天。1986年全縣大旱,該島抗旱能力和水稻單產均為全縣第一,產生了巨大的社會和經濟效益。目前,該電站尚處于微利運行狀態。2005年,海山潮汐電站為了擴大發電規模,提出了電站擴容計劃,新增2臺250千瓦的發電機組,但至今因建設資金尚未落實而擱淺。[NextPage]

    (4)岳浦潮汐電站

    位于象山縣南田島北岸(石浦對面)。平均潮差3.6m。1970年11月動工興建,1971年11月建成。該電站以筑堤圍涂成水庫而建,面積0.19km2,單庫單向發電,設計裝機容量為4×75kW,實際裝機容量為2×75kW,并配有75kW柴油發電機1臺備用,年發電量12萬kWh(不含柴油發電)。

    在1981年12月電網到達該島前,電站效益甚好。除為該鄉48個企事業單位和全鄉農民供電照明及農副產品加工外,主要是給水庫提水,以滿足兩個鄉600公頃水稻和棉田灌溉所需,使水田抗旱能力從45天提高到80天,糧食產量從每公頃4500kg提高到8500kg。

    1983年電站并網運行,且由5位農民承包經營,二臺機組運行正常,年發電量達15萬kWh,效益也較好。運行一年后終因上網電價低(0.05元/kWh),再加上管理不善,水稻種植面積減少,以及提水灌溉作用下降等原因而停止發電。

    2、技術水平評價

    江廈潮汐試驗電站是以國家重點科技攻關成果轉化建成的我國最大、最先進的潮汐電站,其裝機容量位居國內第一、世界第三。為此,我們主要以該站為例,評價我國潮汐能利用所取得的主要成就 [8]。

    首先,為江廈潮汐電站研制的兩種結構形式的四工況燈泡型貫流式潮汐水輪發電機組,填補了國內空白,其主要性能指標接近法國朗斯潮汐電站的水平。其中研制的調速器與行星齒輪增速和直聯兩種結構的機組配套,能滿足潮汐機組復雜的調節過程,其靜動態特性的主要指標均已達到部頒標準。此外, 兩種結構形式的機組都能穩定運行,并各有特點。如能適應潮差變化而進行大幅度調節的導葉和漿葉雙調結構;能適應多工況運行的燈泡型發電機;能承受正反向推力,并能有效阻止海水侵入機組的止水密封,以及無刷勵磁和新型接力器回復機構等。

    其二,在軟基礎上建筑水庫堤壩的設計施工獲得成功,建筑物穩定可靠。江廈潮汐電站堤壩建于承載能力小于0.1kg/cm2的海相淤泥粘土層上,壩兩側水位每天經歷四次大起大落的泄降,經長期考驗,建筑物穩定可靠,無不均沉陷、斷裂和傾斜等現象發生。

    其三,選址合理、壩址正確,庫內外泥沙淤積不明顯。因為江廈潮汐電站處于樂清灣的頂部,海水含沙量少(1973年實測年平均0.064kg/m3),泥沙顆粒細(粒徑<0.02mm),再加上電站雙向運行水流湍急,不利于泥沙淤積。據1982年與1972年對江廈潮汐電站庫區實測地形比較,發現庫區雖有沖、淤,但均不嚴重,庫內尾部兩側+1.2m高程以下有10-30cm淤積,深庫部位沖刷1m多。

    其四,機組構件和流道防海水腐蝕和防海生物污損技術措施成效明顯。為了提高潮汐電站機組構件和流道防海水腐蝕、防海生物污損的性能,采取的主要技術措施有:(1)采用厚漿型環氧瀝青漆和電解海水外加電流陰極保護技術防腐蝕,如江廈潮汐電站就采用了高接觸型氧化亞銅涂料防污;(2)采用AC-15鋁粉漆防銹和836#瀝青防污,如海山站;(3)采用不銹鋼制水輪機葉輪,如江廈、岳浦、海山站;(4)采用噴燈燒死附著生物后涂水柏油,如岳浦站。

    然后,最關鍵的是取得了潮汐電站運行管理的第一手資料。對潮汐電站運行調度和潮汐電能在電力系統中的應用積累了寶貴的經驗,主要有:(1)電站采用了公用的按水位變化控制正、反向工況切換和水輪機協聯工況的裝置,經運行考驗效果良好,并為進一步實現微機控制和自動化操作創造了條件;(2)采用SB6-35型斷路器和二段母線裝置,滿足了電站發電機組每天開、停機各四次的頻繁操作和正反向順序切換的要求;(3)對周期性電能接入電網后的調試、使用和水庫水量的合理調度積累了大量可靠的數據。

    浙江省潮汐能開發技術經過40多年的實踐,特別是經過江廈電站的研建和80、90年代的規劃論證和研究,在潮汐電站規劃選點、設計論證、設備制造安裝、土建施工和電站運行管理等方面都取得了較大的技術進步和積累了豐富的經驗,技術水平在國際上已居較先進的地位。浙江省的潮汐能開發因建成的小型電站多和庫區綜合利用搞得好而受到國外同行的關注。俄國潮汐發電專家曾著文稱“江廈潮汐電站不僅對于中國,而且對其它國家今后潮汐電站的建設都具有杰出的意義,應給予高度評價”[9]。此外, 1992年韓國有關部門亦曾邀請中國潮汐能發電專家對其擬選的40萬kW加露林潮汐電站做咨詢評估等。

    3、經濟效益評價

    由于浙江省幾座潮汐電站均在計劃經濟時期建成,尤其是在“大躍進”和“文革”時期,所以建設程序多數不正規,資金來源多性質多渠道,建設過程也多周折、反復,再加缺乏系統的數據資料,故很難用科學規范的方法進行定量的經濟、財務分析,在此只能列舉有關數據,以反映潮汐電站的經濟效益和財務狀況。

    (1)電站投資

     影響潮汐電站投資的因素很多,如資源條件(潮差、壩長及其與水庫面積之比等)優劣,規劃設計是否正確,施工管理是否嚴格,設備價格是否合理及確定價格的時間等,故很難用籠統的計算平均給出。浙江省4座潮汐電站除沙山站外,均在70年代完成土建,除江廈潮汐電站為國家投資,海山潮汐電站為地方投資為主外,其他站均為民辦公助,再加各站所處條件不同,故各站單位千瓦投資相差較大,約在1000-5000元之間。

    江廈潮汐電站。該站是建設程序較正規的一個,資料相對也較完整,但因人們對不合理開支和綜合利用的投資分攤、效益分享等問題的處理原則和計算方法不同(有8種) [10],對其單位千瓦投資的計算,結果差距較大(大約在700 -4000元之間)。

    據該電站主管單位浙江省電力局的報告稱:“電站總投資為1130萬元,若不是十年動亂的影響,按正常的基建程序建設這個電站,其投資可減少到948萬元,單位千瓦投資為2900元,稍高于低水頭河川電站的投資。”[8]1986年1月在國家科委和水電部召開的評審會上,專家們對他們的分析方法和得出的結論表示認可。

     海山潮汐電站。該站為了在海島上延長獨立供電時間,建設了上、下水庫和蓄能水庫,并多次擴建,效果是好的,但投資較大。據不完全統計,建站投資為32.05萬元(含蓄能電站投資8.6萬元);1983年利用水槍沖淤投資13.7萬元;1986年擴建上、下水庫,增裝第二臺75kW機組,投資36.0萬元,1996年改、擴建(即由原來的2臺75kW機組改擴為2臺125kW機組),投資近60萬元。故海山潮汐電站的總投資約為120萬元,其單位千瓦投資達到了4800元。顯然,這與該站多次改、擴建和多次投資有關,從而提高了單位千瓦的投資成本。

    (2)電站收益

    江廈潮汐電站。1986-1999年14年共發電8198.98萬kWh,上網電量共7457.84萬kWh,電費總收入為1790.91萬元。其中1999年發電量為598.93萬kWh,上網電量收入為240.58萬元。[NextPage]

    庫區內圍墾土地5600畝,其中可耕地4700畝。電站庫區綜合利用情況良好,效益顯著(據溫嶺市江廈鄉政府提供的資料)。如庫區圍墾土地種植(主要種植水稻、棉花等農作物和柑桔、文旦等水果),1999年產值約409.6萬元,凈收入約110.6萬元;利用庫區近岸水域圍塘立體水產養殖(主要品種有對蝦、青蟹、蟶、花蚶、泥螺等),1999年產值約1985.4萬元,凈收入約400萬元;利用庫區灘涂和水面開展貝類甲殼類養殖和網箱養魚(主要品種有蝦、蟹、蚶、蟶和鱸魚、大黃魚、歐洲鰻等),1999年產值約1285萬元,凈收入約265萬元。故就1999年以上三項總產值達3680萬元,凈收入為775.6萬元。

    可見,若把庫區綜合利用效益計算在電站收益內,電站則可盈利334.18萬元。然而,目前江廈潮汐電站庫區綜合利用收益卻完全與電站無關。這也是江廈潮汐試驗電站長期處于虧損運行狀態的主要原因。

    海山潮汐電站。1986-1990年5年共發電84.34萬kWh,電費總收入8.87萬元。電站擴容為2×125kW后,1997-1999年3年共發電106萬kWh,電費總收入為51萬元。

    電站在庫區內開展以養對蝦為主的水產養殖,獲得很好的經濟收益。1986-1990年5年總產值達91.87萬元,凈收入達30.71萬元。1998-1999年2年總產值達132.2萬元,凈收入達70.6萬元。

    該站固定資產總值達81.5萬元(1991年),大修折舊費只從發電收入中提取,單位電能成本為0.27元,發電、養殖分攤后單位電能成本為0.171-0.193元。受養殖影響,每年少發電量約3-4萬kWh,占總發電量的10-13%,發電收入減少0.6-0.7萬元,而水產養殖產值為發電產值的10倍以上,使電站達到自給有余。

    4、社會效益評價

    (1)創工業產值

    浙江省僅江廈和海山兩電站,1986-1999年共發電約8500萬kWh,按當地單位電能工業產值每千瓦小時10元計,則潮汐電站已創工業產值8.5億元。

    (2)節約發電用煤

    按每千瓦時電能煤耗350g標煤計,全省潮汐電能14年為國家節約發電消耗標煤3.06萬噸,平均每年為國家節約發電消耗標煤2185噸以上,共節約燃料費約1200萬元以上,平均每年近90萬元。

    (3)培養了一批潮汐能開發人才

    浙江省通過40多年的潮汐能開發,特別是江廈潮汐電站的研建、運行管理和80-90年代的潮汐能開發規劃設計研究,為本省培養和鍛煉了一批潮汐能開發利用方面從事規劃選點、勘測設計和研究、設備制造和施工及運行管理的專業人才,也為全省今后潮汐能開發做好了技術和人才儲備。

    (4)擴大了影響,提高了知名度

    江廈潮汐電站目前仍是我國最大、最先進的潮汐電站,曾獲得1987年國家科技進步二等獎,故時常被媒體關注,國內海洋能專家經常將有關該站的研究成果在國際上傳播,已廣為世人所知,不僅國家領導人和有關部委領導及國內專家前往視察參觀,還有國外專家慕名而至,并對中國在潮汐能開發利用方面所取得的成就大加贊揚。

     海山電站還因其創造了獨特的雙庫全潮蓄能發電形式,而獲得聯合國技術信息促進系統中國國家分部頒發的“發明創新科技之星獎”。

    (5)其他效益

    江廈站水庫大壩便利了海灣兩岸的交通。海山站泄水渠已成為本島的小型交通運輸船碼頭等。

    5、生態環境效益評價

    (1)減少向大氣排放有害廢棄物

     按江廈和海山兩電站1997年以后的發電量(每年平均約620萬kWh)計算,相當每年少燃燒發電標煤2480t,從而每年可減少向大氣排放CO2  7200t,SOx   50t,NOx 31t,粉塵 310t。

    (2)優化電站周圍的生態環境

    正如俄羅斯潮汐發電專家所說:“中國的江廈潮汐電站在目前世界上運行的潮汐電站中,其生態效果是獨特的。根據生態條件所采取的運行調節(庫水位不會高出平均水位以上+1.5m)措施,雖然損失了電能指標,但保證了大面積的海涂變成稻田和果園,再加上漁業(大量養殖海蝦和貝類),使電站所在地區的生活水平提高,形成了一個優美的鄉鎮。”[9]而常規能源(礦物燃料)開采通常要毀壞森林、良田等原有的各種植被,破壞生態環境。江廈潮汐試驗電站不僅是我國最早建成的可再生能源利用的實用基地,而且也必將會成為我國發展循環經濟,建設資源節約型社會的示范基地。目前,江廈潮汐試驗電站也已經被浙江省有關部門列為青少年科普教育基地。

    6、存在的主要問題及解決方案

    (1)技術方面

    浙江省潮汐能利用雖經過了40多年的實踐,特別是江廈潮汐試驗電站的研建,在科學技術上取得了很大進步,也積累了很多經驗與教訓,為今后開發萬千瓦級以上潮汐電站奠定了基礎。但也由于受到當時歷史條件的限制,在技術上還存在很多不足,尚需加強研究。[6]

    其一、 超低水頭大容量水輪發電機組研制。為適應研建萬千瓦級電站的要求,應盡快研制相應的機組,單機容量規模擬在0.3-0.5萬kw以上,性能要求是發電效率高、造價低、耐腐蝕污損、故障率低,并兼顧河川水電站通用,以期增加生產量、降低成本。而現有潮汐水輪發電機組的單機容量小,自動化程度不夠,且設備可利用率較低,檢修時間長,設備構件和流道的防腐防污技術措施尚待改進提高。

    其二、 改進水工建筑物型式和施工方法。國外潮汐電站的廠房、水閘采用預制鋼筋混凝土薄壁空腔沉箱式結構和浮運法無圍堰施工,具有縮短工期和降低投資的優點。但國內潮汐電站建設中尚無這方面的實踐和經驗。由于現有潮汐電站的水工建筑型式單一,施工方法陳舊,造成工程量大,工期長,費用高,從而使電站總投資大,經濟評價指數偏高,不利于推廣。

    其三、水下基礎處理技術研究。江廈潮汐電站建設中電站主體結構布置在岸邊基巖上,而今后中大型潮汐電站的廠房和水閘等主體結構物將多置于海中,其基礎多為風化基巖和淤泥質沉積,施工難度較大。在采用無圍堰施工時,無論哪種類型的基礎,均需進行水下基礎處理,而我國尚不具備這方面的成熟技術。

    其四、 建立潮汐電站發電和庫區綜合利用統一規劃、開發、經營和管理的體制。現有潮汐電站正反兩方面的經驗表明,在當前條件下,搞好庫區綜合利用是提高電站經濟效益的有效途徑[5],浙江海山潮汐電站和山東白沙口潮汐電站的經驗證明,潮汐電站綜合利用的潛力是巨大的。而浙江省江廈潮汐試驗電站在庫區綜合利用方面尚有許多教訓可以吸取,目前尚缺乏一套行之有效的統一開發和經營的管理體制,以及利好的激勵政策,以促進潮汐能大規模開發利用。

    (2)經濟方面

    目前,可再生能源開發利用所遇到的問題是,一次性投資高,且自身經濟效益差,但社會效益卻十分顯著。潮汐發電也不例外。[NextPage]

    如一次性投資高,主要有如下原因所致,即:1)潮汐發電因為水頭(潮差)低、流量大和潮差變化,不僅水輪機體積大,耗費鋼材多,設備出力不足,容量系數低,發電量少;而且,在軟基礎上筑壩,以及在惡劣的海洋環境中施工,施工難度大、建設周期長、費用高;此外,許多設備需防腐、防污處理等,故造成電站建設一次性投資較高。2)由于建設所處的時代影響,江廈潮汐試驗電站主要靠上級劃撥的科研經費建設,而資金又不能有計劃按時到位,只能到多少,干多少,故電站于1973年4月開工,至1980年5月第一臺機組才投產發電。而實際有效工期僅3年左右[10]。由于工期延誤和設備材料浪費等,所造成的不正常、不合理開支竟高達180萬元左右。3)按江廈港大壩以上港灣面積計算,實際上江廈潮汐試驗電站的裝機容量可達1萬kW以上。但因為是試驗電站,按當時的技術條件和要求,規模不宜太大,并且強調貫徹“以糧為綱”方針,要兼顧庫區圍墾種植,故最終確定的電站裝機規模為3200kW。并確定雙向運行發電,控制庫區水位,放棄抽水工況,這些措施也都是為了照顧圍墾利益。當地群眾還擅自擴大圍墾種植或養殖面積,造成庫容縮小。此外,為了試驗的需要,將機組結構設計得較為復雜,每臺機組均為單機設計、制造和安裝,故費用顯然比定型批量生產要高得多。據國外研究表明,潮汐電站設備的定型和批量制造,可大大節省投資成本。如前蘇聯列寧格勒金屬廠,在加工制造20個大型水輪機的成本核算中,得出制造第10個水輪機的成本為第一個的60%,而第20個則為第一個的50%。再如英國塞文潮汐電站計劃利用的160臺機組,采取批量制造,其造價可降低28.5%[9]。

    再者經濟效益低。如上所述,當前潮汐電站的突出問題是經濟效益較低。究其原因主要有:1)潮汐能量密度低,造價高,發電量少。2)檢修時間長s設備可利用率低(與防腐防污不到位有關),從而也影響到發電量。如江廈潮汐試驗電站停機檢修時間最長曾達550天/臺(1993年),平均每臺機組檢修時間為3.7個月。1996年停機檢修時間最短為220天/臺,平均每臺檢修時間為1.5個月。年平均檢修時間為每年每臺2.6個月。3)江廈電站庫區圍墾土地種植和灘涂、水面綜合利用與電站分屬不同部門管理,實行獨立核算,從而使電站失去了一條創收的途徑。4)電站運行自動化程度低,職工多、負擔重。江廈電站每兆瓦裝機容量擁有職工數超過28人,而法國朗斯站僅為0.25人/MW,設計中的浙江健跳萬千瓦級潮汐電站每兆瓦裝機容量擁有職工數也為1.25人。1999年江廈站僅職工工資、福利等費用就達300多萬元,占生產性開支的一半,僅此一項使每千瓦小時電能成本增加0.5元以上。5)政府缺乏對可再生能源,特別是潮能資源開發利用的激勵政策和優惠措施。

    綜上所述,潮汐電站當前的經濟效益低下,除了與潮汐能自身的弱點有關以外,主要是管理體制,以及內部管理不善和激勵政策缺乏所造成的。山東省白沙口潮汐電站和浙江省海山潮汐電站的成功運行表明,只要把潮汐電站與庫區綜合利用捆綁起來運作,潮汐電站同樣能創造出良好的經濟效益。江廈潮汐試驗電站如能解決庫區綜合利用的經營權、強化和改善內部管理,也同樣可以獲得很好的經濟效益。

    四、大規模開發利用潮汐能資源的對策建議

     浙江省是全國最早開發利用潮汐能,并建成實用潮汐電站的省份之一。至80年代中期尚有4座小型潮汐電站(全國共8座)在正常運行,但到2000年,潮汐電站數目非但沒有增加,反而在減少。目前,僅剩2座處于艱難維持狀態,其中江廈潮汐試驗電站則長期處于負債運行狀態。為何在全球常規能源(煤、油)日趨緊缺,以及為保護人類生存環境、開發可再生能源的呼聲越來越高的情況下,同樣是再生能源的風能開發利用在我國有較大的進展,而潮汐能利用盡管在我國起步較早,技術條件也較為成熟,卻未能得到應有的重視,發展步履艱難呢?

    究其原因,主要與人們對潮汐能開發利用的認識不足,甚至存在偏見有關。如有人認為,潮汐電站規模小、投資高,且又是間隙性發電,成不了“氣候”。殊不知,我國東南沿海地區有數十處建造萬千瓦級潮汐電站的理想站址,就浙江省而言,潮汐能可開發裝機容量就高達880萬千瓦,年發電量則在260億KWh以上。由此可見,潮汐能開發只要能得到應有的重視,規模可以由小變大(法國于1967年建成的朗斯潮汐電站,總裝機容量達24萬KW,年發電量5.44億KWh,至今運行正常,效益良好;且據國外報導,在未來10-15年內,在英、加、俄、印等國中將會有100萬KW級的潮汐電站建成,最大的電站總裝機量可達1000萬KW)。此外,也有人認為,潮汐電站投資過高,此乃不足為奇,它建造在環境條件相比陸地(火電廠)和河流(水電站)要惡劣得多的海灣中,在軟基海底上筑壩、波浪對海上建筑的威脅、水輪機受海水腐蝕和海洋生物的附著等因素而增加潮汐電站的建設成本是合乎情理的。隨著科學技術的迅猛發展,對上述問題的處理技術已漸趨成熟,因而建設成本亦會隨之下降。另外,潮汐電站發電無需燃料,故運行成本比火電廠低。而且蓄水庫還可搞綜合開發利用,尚可產生較好的經濟效益。而火電廠投資成本之所以較低,卻是用犧牲生態環境所換來的。在全球對人類生存環境愈來愈關注的今天,人們對建設潮汐電站的觀念勢必會發生改變,因為潮汐發電不需燃料,不會污染環境,更無需淹地、移民、年發電量穩定少變,取之不盡,用之不竭,故其發展前景不可低估。

    根據潮汐的性質,決定了潮汐電站間隙性發電的特點。但在我國經濟發達的沿海地區建設潮汐電站,均可與大電網并網,故潮汐電站的間隙性發電不會影響用戶的用電需求。且浙江省海山潮汐電站在解決間隙性發電這一難題中已進行了有益的嘗試,摸索了一條雙庫全潮、蓄能發電的新路子,日平均發電時間已由原來的8-10小時,提高到20.5-22.1小時。

    由此可見,潮汐能開發利用從長遠來看,無疑有利可圖,雖然潮汐能開發利用在能源結構中不可能占太大的比重,但亦可作為常規能源的補充。我國東南沿海潮汐能資源豐富,且開發的自然條件優越,具有建造萬千瓦級潮汐電站的理想壩址,故應積極爭取國家立項,為改善我國的能源結構,以及利用新能源方面做出貢獻。為此,建議如下:

1、國家電力公司華東勘測設計研究院已經承擔并完成了“浙江省三門縣健跳港潮汐電站預可行性研究”,建議國家經貿委能把建設我國第一座中型(萬千瓦級)潮汐電站項目列入全國可再生能源開發利用規劃,以及可再生能源產業發展指導目錄中,并能在“十一五”期間組織實施。

2、組織全國從事水輪發電機組研制單位和生產廠家對用于潮汐發電的水輪機組進行聯合攻關,以解決海水腐蝕和海洋生物附著等影響水輪機正常工作的難題,以提高發電效率和降低電站投資成本。根據世界沿海各國開發利用潮汐能趨勢分析,在未來10-15年內,潮汐能開發利用會有較大的發展。為此,位于我國東南沿海的浙江省和福建省應在現有基礎上,邁出一步,為國產潮汐(低水頭)水輪機組定型、標準化做出貢獻。可以意料,低水頭水輪機組制造業有可能成為我國21世紀的新型產業。

3、對我國目前僅存的數座潮汐電站,應采取對策和措施積極扶持,為醞釀中的萬千瓦級潮汐電站建設積累更豐富的運行經驗,亦可為開發研制中的新材料和新設備提供試驗場所。潮汐電站通常建于河口或海灣中,易受泥沙淤積,故解決電站蓄水庫泥沙淤積問題是確保電站正常、長時期運行的關鍵。浙江省的海山潮汐電站對解決此問題已進行過實踐,并取得了一些經驗,但仍需進行長期探索,完善解決方案。

4、目前,在全國統一上網電價的情況下,對新能源,尤其是潮汐能開發利用應區別于常規小水電開發,給予如同新能源中風能和太陽能開發同等的優惠條件,即適當給予電價上網優惠,以鼓勵和促進全社會對新能源——潮汐能開發利用的積極性,并能逐步擴大潮汐電站的建設規模,使之在我國的能源組成中占有適當的比重。

5、浙江省是我國潮汐能開發利用較早的省份,技術力量雄厚,人才濟濟。但分布在不同的行業和部門,尚無建立以此為專門職責的單位,這種局面對該省乃至全國潮s能開發事業極為不利。建議國家有關部委支持在浙江省組建我國潮汐能開發利用研究中心,以便長期從事潮汐能開發利用的有關工作,為大規模開發利用潮汐能作好相應的技術儲備,并打好基礎。

    相信在全社會的呼吁和關心、支持下,我國潮汐能開發利用在21世紀初會得到應有的重視和快速發展。

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