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。
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。
(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。
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