俞先鋒,羅云霞

(浙江水利水電?？茖W(xué)校,浙江 杭州 310018)

1 浙江省海洋風(fēng)能、潮汐能資源現(xiàn)狀

風(fēng)能、潮汐能作為安全可靠、清潔高效的可再生新能源,具有巨大的開發(fā)潛力,已受到許多國家和地區(qū)的極大關(guān)注與大規(guī)模開發(fā)。

我國是一個(gè)風(fēng)能資源十分豐富的國家,離地面10 m高度層上的風(fēng)能資源總儲(chǔ)量為32.26億kW,可開發(fā)量為2.53億kW,我國沿海潮汐能資源可開發(fā)量為2100萬kW,年發(fā)電量為618萬kW?h[1]。

浙江省位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),瀕臨東海,具有較豐富的風(fēng)能、潮汐能等海洋資源。據(jù)《浙江省風(fēng)能資源評(píng)估報(bào)告》顯示,浙江海岸線總長約6500 km,海上風(fēng)能開發(fā)利用具有良好的前景,沿海海岸和近海海域20.00m等深線以內(nèi)的風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量達(dá)6200萬kW。另外,浙江省全省沿海平均潮差為4.29 m,在河口港灣地區(qū)最大潮差達(dá)7.00～8.00 m。據(jù)全國潮汐資源普查資料統(tǒng)計(jì),浙江省潮汐能理論裝機(jī)容量約為2900萬kW,可開發(fā)的潮汐能裝機(jī)容量為880萬kW,約占全國總量的41.9%[2]。雖然資源豐富,但浙江省乃至全國對(duì)這些資源的開發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他發(fā)達(dá)國家,甚至是發(fā)展中國家。

2 錢塘江河口 (杭州灣段)風(fēng)能、潮汐能資源概況

錢塘江河口(杭州灣段)主要是位于浙江省東北部,西起海鹽縣澉浦—余姚市西三閘斷面,東至揚(yáng)子角—鎮(zhèn)海角連線。有錢塘江注入,是一個(gè)喇叭形海灣,灣口寬約95 km,自口外向口內(nèi)漸狹,至澉浦為20 km。海寧一帶僅寬3 km。自乍浦至倉前,七堡至聞家堰一帶水下形成巨大的沙坎(洲),長130 km,寬約27 km,高約20.00 m。北側(cè)金山衛(wèi)—乍浦之間的沿岸海底有一巨大的沖刷槽,最深約40.00 m。

2.1 風(fēng)能資源情況

風(fēng)能資源決定于風(fēng)能密度和可利用的風(fēng)能年累積小時(shí)數(shù)。風(fēng)能密度是單位迎風(fēng)面積可獲得的風(fēng)的功率,與風(fēng)速的三次方和空氣密度成正比關(guān)系。把地球表面一定范圍內(nèi),經(jīng)過長期測(cè)量、調(diào)查與統(tǒng)計(jì)得出的平均風(fēng)能密度的概況稱該范圍內(nèi)風(fēng)能利用的依據(jù)。

杭州灣地區(qū)風(fēng)能資源較為豐富,15 a來平均風(fēng)速為2.7 m/s左右,其中杭州灣以北年平均風(fēng)能密度為300～400 W/m2,可利用小時(shí)數(shù)6500～7000 h,風(fēng)能儲(chǔ)量約為70萬kW。杭州灣以南年平均風(fēng)能密度為400～600 W/m2,可利用小時(shí)數(shù)7000 h以上,風(fēng)能儲(chǔ)量約為200萬kW[3]。

杭州灣受季風(fēng)影響,各季節(jié)風(fēng)向變化較大。夏季盛行偏南風(fēng),冬季盛行偏北風(fēng)。由于灣內(nèi)各地地形不一,所以各地風(fēng)的分布也不盡相同(見表1)。

杭州灣中部、東北部及東部的年平均風(fēng)速為2.8 m/s,最大風(fēng)速為25.0 m/s,風(fēng)向?yàn)镋NE。各月平均風(fēng)速為2.5～4.6 m/s,8月最大,為4.6 m/s。各季平均風(fēng)速變化不大,為 2.6～ 4.3 m/s。

杭州灣北部及西北部的年平均風(fēng)速為2.7 m/s,最大風(fēng)速為20.0 m/s,風(fēng)向?yàn)镾E。各月平均風(fēng)速為2.3～4.0 m/s,8月最大,為4.0 m/s。各季平均風(fēng)速為2.4～3.9 m/s。

表1 錢塘江河口 (杭州灣段)風(fēng)能參數(shù)表

根據(jù)我國風(fēng)能資源區(qū)劃分指標(biāo)(見表2),以年平均風(fēng)能密度和有效風(fēng)速的小時(shí)數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),從表1的數(shù)據(jù)來看,杭州灣兩岸一些代表區(qū)域都屬于風(fēng)能資源豐富區(qū)域,均可以利用風(fēng)能資源進(jìn)行發(fā)電。

表2 我國風(fēng)能資源區(qū)劃分指標(biāo)表[4]

2.2 潮汐能資源情況

潮汐能量大小直接與潮差有關(guān),潮差越大,能量越大。由于深海中的潮差一般較小,因此潮能利用主要集中在潮差較大的淺海、海灣和河口地區(qū)。

浙江的潮汐能資源中,以錢塘江河口 (杭州灣段)潮差最大,資源最豐富,潮汐能蘊(yùn)藏量達(dá)590億kW?h,幾乎占全國的25%。特別是著名的海寧觀潮處附近,擁有建萬千瓦級(jí)以上潮汐電站的良好條件。該處最大潮差達(dá)8.90 m,潮汐能蘊(yùn)藏量為590億kW?h,居全國首位。

表3為杭州灣南北兩岸代表區(qū)域的潮汐能參數(shù)表(潮差)。從表3所列的數(shù)據(jù)來看,杭州灣南北兩岸的年平均潮差均比較大,越靠近錢塘江上游,潮差越大,北岸區(qū)域的平均潮差略大于南岸。由此看來,在乍浦、海鹽澉浦以及余姚區(qū)域潮差較大,潮汐能量更大,更適合建造潮汐能發(fā)電場(chǎng)。

表3 錢塘江河口 (杭州灣段)潮汐能參數(shù)表m

2.3 風(fēng)能、潮汐能資源利用現(xiàn)狀

目前,杭州灣南北兩岸的風(fēng)能資源已經(jīng)開發(fā)利用,但力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,而潮汐能資源尚未開發(fā),可以說,豐富的能源資源尚未得到很好地利用。

2009年12月,在慈溪水云浦至徐家浦沿海的灘涂上,由慈溪長江風(fēng)力發(fā)電有限公司投資6.43億元已經(jīng)建成投產(chǎn)并網(wǎng)發(fā)電的慈溪風(fēng)電場(chǎng)一期工程,共安裝33臺(tái)單機(jī)容量為1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量4.95萬kW,年發(fā)電量約1億kW?h,慈溪風(fēng)電場(chǎng)二期也在緊鑼密鼓地規(guī)劃建設(shè)中。

2010年6月,由中國華銳風(fēng)電科技投資建設(shè)的上海東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng),由34臺(tái)國內(nèi)單機(jī)功率最大的離岸型風(fēng)電機(jī)組 (3 MW)組成,總裝機(jī)容量10.2萬kW,設(shè)計(jì)年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)2624 h,年上網(wǎng)電量2.67億kW?h,項(xiàng)目總投資23.65億元。

2012年7月,在海鹽縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)杭州灣大橋新區(qū),由中國大唐集團(tuán)新能源股份有限公司投資建設(shè)海鹽風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目已經(jīng)獲得批準(zhǔn)建設(shè),項(xiàng)目擬建20臺(tái)單機(jī)容量2.3 MW的風(fēng)電機(jī)組,總裝機(jī)規(guī)模為46 MW,同步配套建設(shè)110 kV升壓站,總投資約4.29億元。

3 錢塘江河口 (杭州灣段)風(fēng)能、潮汐能資源利用需求

錢塘江河口 (杭州灣段)擁有如此豐富的風(fēng)能和潮汐能資源,而從目前的利用現(xiàn)狀來看,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于全國甚至世界上許多國家。下面將從幾方面來分析錢塘江河口(杭州灣段)風(fēng)能、潮汐能資源利用需求。

3.1 對(duì)貫徹政府政策的需求

2006年,國家頒布了《可再生能源法》,通過立法將風(fēng)能、太陽能以及海洋能等列為可再生能源,并予以大力開發(fā)利用。2005年浙江省人民政府提出了 《浙江海洋經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省建設(shè)規(guī)劃綱要》,鼓勵(lì)沿海利用風(fēng)能、太陽能、潮汐能、生物能等可再生能源,大力開發(fā)可再生能源用作海水淡化、城鄉(xiāng)公共設(shè)施電源的技術(shù)和設(shè)備。

3.2 杭州灣兩岸區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求

杭州灣兩岸區(qū)域位于長三角經(jīng)濟(jì)圈的南翼,包括杭州灣北岸的嘉興市部分地區(qū)、南岸的寧波市部分地區(qū)。本區(qū)域擁有嘉興港口航運(yùn)區(qū),漁業(yè)資源利用與養(yǎng)護(hù)區(qū)、工程利用區(qū) (如圍海造地區(qū)、臨港產(chǎn)業(yè)區(qū))以及風(fēng)景旅游區(qū)等,經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度高。雄偉的杭州灣跨海大橋連接杭州灣南北兩岸,拉近了與上海國際大都市的距離,帶動(dòng)了兩岸經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,而且兩岸灘涂資源豐富,海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)較好,海洋開發(fā)程度較高。

因此,應(yīng)加快該區(qū)域的電力能源建設(shè),除了繼續(xù)建設(shè)秦山核電基地和城市火電基地外,特別需要杭州灣區(qū)域風(fēng)能以及潮汐能等可再生綠色能源的大力開發(fā),優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),促進(jìn)節(jié)能減排,很大程度上彌補(bǔ)該區(qū)域電力的不足,更好地推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3.3 風(fēng)能、潮汐能資源的開發(fā)利用可以帶來更多的效益

利用風(fēng)能和潮汐能發(fā)電雖然成本比較高,但安全可靠、不消耗資源、不污染環(huán)境,同時(shí)還可以帶來很多其它效益。

(1)利用風(fēng)能、潮汐能發(fā)電,可以很大程度上代替煤電,因此每年可節(jié)約煤的使用,減少二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳等溫室氣體的排放,對(duì)美化環(huán)境帶來了極大的好處。

(2)利用潮汐能發(fā)電還兼有多方面綜合利用效益。可以為海涂圍墾、航運(yùn)交通、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)田水利等多方面帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)效益,其效益甚至遠(yuǎn)超過發(fā)電效益。比如,浙江江廈潮汐試驗(yàn)電站,裝機(jī)容量3900 kW,同時(shí)已圍墾海涂 373 hm2,可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖等,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)風(fēng)能或潮汐能發(fā)電場(chǎng)的建設(shè),可以促成美麗的海邊觀光旅游帶的形成,為錢塘江大潮的壯觀景色錦上添花。

4 對(duì)錢塘江河口 (杭州灣段)風(fēng)能、潮汐能資源開發(fā)利用的建議

錢塘江河口 (杭州灣段)風(fēng)能、潮汐能資源非常豐富,具有良好的開發(fā)前景,但在開發(fā)利用上建議做到合理規(guī)劃、統(tǒng)一部署、協(xié)調(diào)發(fā)展。具體的說,有以下幾個(gè)方面的建議:

4.1 風(fēng)能、潮汐能、太陽能、常規(guī)能源要合理配置、科學(xué)調(diào)度、多能互補(bǔ)

鑒于杭州灣區(qū)域的風(fēng)能和潮汐能具有地方性、季節(jié)性和多變性,在開發(fā)利用上,要注意用其它的能源來彌補(bǔ)風(fēng)能以及潮汐能應(yīng)用的間隙,如建立風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電體系、風(fēng)能潮汐能互補(bǔ)發(fā)電體系以及風(fēng)能與常規(guī)能源互補(bǔ)發(fā)電體系等,利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ),達(dá)到高水平的科學(xué)調(diào)度和管理[5]。

4.2 在發(fā)電場(chǎng)選址方面,要精心勘測(cè)、合理規(guī)劃、科學(xué)論證,與周邊的海洋資源綜合開發(fā)利用要統(tǒng)一協(xié)調(diào)、綜合管理

風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)要占用大量的土地,故在海塘灘涂開發(fā)利用上要綜合考慮海塘灘涂開發(fā)效益問題;可以考慮利用海邊的山地或島嶼資源,可充分利用高空比近地面更大的風(fēng)能資源;可以借鑒杭州灣跨海大橋的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及江蘇如東海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn),考慮在離杭州灣跨海大橋一定范圍之外的海上建立風(fēng)電場(chǎng),因?yàn)楹Ｉ系娘L(fēng)能資源比沿岸要大。研究表明,由于海面的粗糙度較陸地小,離岸10 km的海上風(fēng)速比岸上高25%以上,風(fēng)速日變化小,有效利用小時(shí)數(shù)高[6],而且不占用土地。若可行的話,一座座矗立在海平面上的風(fēng)車還將與杭州灣跨海大橋共同形成杭州灣上的一道靚麗的風(fēng)景線。

風(fēng)電場(chǎng)的選址要考慮對(duì)杭州灣兩岸的海邊灘涂、部分濕地的生態(tài)影響以及海上漁業(yè)作業(yè)的影響,因?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)期以及運(yùn)營期所產(chǎn)生的強(qiáng)大的噪音和氣流擾動(dòng)等將不可避免地影響灘涂、濕地生態(tài)以及海上漁業(yè),造成“綠色污染”。

4.3 政府要提供政策支持,加強(qiáng)必要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),建設(shè)能源產(chǎn)業(yè)帶

政府要在風(fēng)能、潮汐能開發(fā)利用上提供政策支持,加強(qiáng)必要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),如輸電線路的建設(shè),電價(jià)的定價(jià)問題等;政府要拓寬引資融資渠道,提高投資力度和信貸規(guī)模,以較好地解決發(fā)電場(chǎng)的建設(shè)資金問題,歡迎國內(nèi)外各公司投資建設(shè)發(fā)電場(chǎng)項(xiàng)目以及相關(guān)的配套設(shè)施建設(shè),逐步形成杭州灣能源建設(shè)產(chǎn)業(yè)帶;政府應(yīng)全力推行“綠色電力”機(jī)制,允許、引導(dǎo)、鼓勵(lì)用戶購買風(fēng)能、潮汐能電力,以促進(jìn)杭州灣風(fēng)能、潮汐能資源的開發(fā)利用。

4.4 防范臺(tái)風(fēng)對(duì)風(fēng)能、潮汐能開發(fā)利用的影響

杭州灣屬于夏季熱帶氣旋活動(dòng)頻繁的地區(qū)之一,熱帶氣旋引起的大風(fēng)、海浪和風(fēng)暴潮等惡劣天氣均會(huì)使風(fēng)電機(jī)組以及潮汐能發(fā)電場(chǎng)的安全面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn),尤其是對(duì)風(fēng)電機(jī)組的安全將可能造成滅頂之災(zāi)。所以在風(fēng)電機(jī)組的選型上一定要考慮臺(tái)風(fēng)的極端環(huán)境,增大安全使用余量;在發(fā)電場(chǎng)運(yùn)行過程中,應(yīng)掌握熱帶氣旋的基本知識(shí)進(jìn)行有效利用和合理防范等。

4.5 防范杭州灣海底地質(zhì)災(zāi)害對(duì)風(fēng)能、潮汐能開發(fā)利用的影響

杭州灣海底地質(zhì)災(zāi)害類型多樣,有限制性地質(zhì)災(zāi)害(如潮流沖刷槽和軟土等)和活動(dòng)性地質(zhì)災(zāi)害 (如海底滑坡、砂土液化、淺層氣等)[7],這些災(zāi)害直接影響杭州灣區(qū)域的海洋資源開發(fā)和海洋工程建設(shè)。因此杭州灣的海上或岸邊建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)或潮汐能電場(chǎng)工程時(shí),要做好杭州灣海底或海岸的地質(zhì)勘測(cè)工作,一方面選擇合適的建設(shè)地點(diǎn),避開地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)域,建設(shè)時(shí)期,注意提高工程建設(shè)質(zhì)量,提高防災(zāi)等級(jí);另一方面,加強(qiáng)海洋地質(zhì)活動(dòng)的監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)警工作。采取必要的措施,減少災(zāi)害對(duì)風(fēng)電場(chǎng)、潮汐能電場(chǎng)工程所帶來的影響和損失。

4.6 在潮能的開發(fā)上,應(yīng)處理好涌潮保護(hù)以及泥沙淤積等問題

杭州灣涌潮是世界奇觀,本著保護(hù)該世界奇觀的原則,謹(jǐn)慎開發(fā)利用杭州灣的潮汐能,如可以在局部區(qū)域建設(shè)潮汐能發(fā)電場(chǎng)。如果建設(shè)潮汐能發(fā)電場(chǎng),也要充分考慮泥沙淤積處理帶來的額外投資成本。

4.7 在杭州灣區(qū)域建立風(fēng)能、潮汐能資源觀測(cè)系統(tǒng)

雖然杭州灣區(qū)域風(fēng)能、潮汐能資源豐富,但是在風(fēng)電場(chǎng)和潮汐發(fā)電場(chǎng)選址方面,如果無法對(duì)該區(qū)域風(fēng)能、潮汐能資源進(jìn)行精確勘測(cè),可能限制風(fēng)電和潮汐能發(fā)電建設(shè)項(xiàng)目發(fā)揮正常的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,從而不利于該區(qū)域能源產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。因此,政府有關(guān)部分應(yīng)該盡快部署在杭州灣區(qū)域建立風(fēng)能、潮汐能資源觀測(cè)系統(tǒng),在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開展杭州灣區(qū)域風(fēng)能、潮汐能資源的調(diào)查與評(píng)估,結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬,做好資源評(píng)價(jià)與管理,為建設(shè)規(guī)劃提出更加科學(xué)的理論依據(jù)[4]。

5 結(jié) 語

錢塘江河口(杭州灣段)具有豐富的風(fēng)能和潮汐能資源,在資源的開發(fā)利用上與杭州灣南北兩岸的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求不相協(xié)調(diào)。杭州灣兩岸區(qū)域?qū)儆陂L三角經(jīng)濟(jì)圈的南翼地帶,近年來該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度有目共睹,但經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開能源的支持。在發(fā)展常規(guī)能源的基礎(chǔ)上,更應(yīng)該大力開發(fā)利用豐富的可再生的風(fēng)能和潮汐能等綠色能源,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),促進(jìn)節(jié)能減排,極大地推進(jìn)杭州灣區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

[1]郭成濤.東南沿海地區(qū)風(fēng)能、潮汐能、山區(qū)水能的統(tǒng)籌開發(fā)及聯(lián)合運(yùn)行的探討 [J].海洋技術(shù),1996,9(3):441-55.

[2]發(fā)展風(fēng)電潮汐電大有可為[EB/OL].http://www.zjol.com.cn/20050223.浙江在線新聞網(wǎng)站.

[3]我國海上風(fēng)電開發(fā)進(jìn)入快速發(fā)展期[EB/OL].http://newenergy.in-en.com/20091202.國際新能源網(wǎng).

[4]孫金鳳,劉青志,解忠剛.東營市風(fēng)能資源開發(fā)利用分析及對(duì)策研究[J].華東電力,2010(3):399-401.

[5]張正元,袁成松.江蘇沿海風(fēng)能資源的開發(fā)優(yōu)勢(shì)及其對(duì)策[J].海洋開發(fā)與管理,1987(3):23-25.

[6]譚志忠,劉德有,王豐,等.海上風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃[J].上海電力,2007(2):125-128.

[7]王振紅,潘國富,李冬,等.杭州灣海底地質(zhì)災(zāi)害初步調(diào)查[J].海洋地質(zhì)前沿,2011(8):54.