崇明“绿色能源岛”示范区建设初探

陈美榕，赵世明

（1.东海预报中心，上海 200081；2.国家海洋技术中心，天津 300112）

崇明“绿色能源岛”示范区建设初探

陈美榕1，赵世明2

（1.东海预报中心，上海 200081；2.国家海洋技术中心，天津 300112）

“能源岛”技术是国际上近几年发展起来的一种新的能源供应概念和方式，它将高品值的电力与低品值的热、冷3种能量需求有效地统一起来，从而大幅提高能源利用效率,减少碳化物及有害气体的排放，是未来新能源发展的趋势。在充分调查崇明岛自然环境、投资环境、可再生能源储量的基础上，对崇明建设以可再生能源为基础的“绿色能源岛”建设进行综合评价，并提出“能源岛”建设的初步建议，为上海沿海可再生能源开发利用提供了一定的参考。

崇明岛；可再生能源；绿色能源岛；综合效益

随着经济和城市建设的发展，商业建筑的能源使用在整个能源结构中将占有相当大的比重，如美国1996年消耗近2.73×1013kW·h的能量，其中商用建筑耗能4.40×1012kW·h，约占总耗能的16.1%。上海虽然没有大面积的集中供暖，但根据估算，上海的建筑能耗约为总能耗的13.2%[1]。为了提高商业建筑的能源利用率，过去的研究开发主要着眼于单独的设备，不但机组耗电量大，且存在污染环境等问题。近年来广泛应用于空调制冷领域的“热电冷三联供系统”及“能源岛”技术[2]，就是将高品值的电力与低品值的热、冷3种能量需求有效地统一起来，提高能源利用率。

然而，传统的热电冷联产系统大都是以石油或天然气为一次能源的。随着国际石油紧缺状况的影响和我国能源资源约束的日益突出，石油或天然气等能源资源情况不容乐观，而且大量使用矿物燃料会带来的极为严峻的环境问题。因此，提高能源效率和发展可再生能源，将可再生能源代替矿物燃料用于三联供系统，将是21世纪能源发展的基本选择。

上海崇明岛三面环江一面临海，蕴藏着丰富的可再生能源资源。上海可以率先在崇明开展以可再能为基础的“绿色能源岛”示范区建设，并加以推广，最终实现一个由无数的小小独立“能源岛”组成、覆盖全上海的“能源岛网络”，通过电热冷联供技术来满足对电、热、冷的需求，以能源再生产的绝对优势逐步取代目前人类广泛使用的石油资源。

图1 上海市能源消费量及增长率（1990—2005年）

1 以可再生能为基础“绿色能源岛”建设条件

1.1 自然环境

崇明岛作为世界最大的河口冲积岛群，位于长江流域和东部沿海地区“T”字形格局的交汇点，是上海最具潜在战略意义的发展空间。崇明岛自然资源丰富，特别是滩涂土地面积，风能、太阳能和生物质能等绿色能源供给状况，以及绵长稳定的深水岸线在本区域都具有一定优势。此外崇明也是目前长三角地区受人类活动，特别是工业影响较小的地区。

1.2 投资环境

根据发展规划，崇明三岛将成为21世纪上海可持续发展的重要战略空间，按照环境生态化、经济生态化和社会生态化的原则，功能定位着力突显森林花园岛、生态人居岛、休闲度假岛、绿色食品岛、海洋装备岛和科技创研岛等特色，建成具有可持续发展战略示范作用的“生态岛区”。

虽然崇明目前还只是上海唯一的一个“县”，而且长期以来交通不便，经济以农业为主，使崇明一直是上海各区县中经济发展最落后的一个地区，但也因未经过深度开发而积蓄了更多的后发优势，它可以更从容地留足自然生态环境涵养空间，留足未来“绿色能源岛”国际级项目的规划选址空间。

1.3 能源基础

崇明位于北亚热带南缘的沿海地区，属于北亚热带海洋性气候，常年风速大、频率高，风力资源丰富；地域开阔，太阳光照充分；气候温和潮湿，蕴藏着丰富的生物质能；北部地形显赫，形成较大的潮差，拥有丰富的潮汐能资源；东濒东海，蕴藏着波浪能。崇明丰富的可再生能源资源为“绿色能源岛”建设展现出美好的前景。

1.3.1 太阳能资源

崇明岛地处北亚热带南缘的沿海地区，属于北亚热带海洋性气候，是全市太阳能资源最丰富的地域，日照充足，每年日照时数为 2 104 h，8月份日照时数最多达 515～528 MJ/m2，1月份日照时数最少为239～253 MJ/m2，年太阳辐射总量为4 384～4 570 MJ/m2，潜在的有效能量相当于20万t标煤每年[3]（见表1）。

太阳能是取之不尽的清洁能源。在崇明生态开发中，太阳能的广泛应用是必然的选择。随着世界光电子技术及其应用材料的飞速发展，光电材料成本大幅下降，光电转换效率不断提高，这将使太阳能发电成本大幅度下降。再过几年，太阳能发电的成本将会接近并低于煤电，这为“绿色能源岛”建设中大力开发太阳能提供了可能。

表1 崇明岛各测点年、月太阳辐射总量（MJ/m2）

1.3.2 风能

崇明岛风力资源丰富，经估算在崇明岛离地50 m高空年平均风速为7.0 m/s，年平均风能密度为339.1 W/m2，每年可利用2 000 h以上。风能密度最大的是7月份，达到409 W/m2；最小的是12月，风能密度为229 W/m2。用电需求量最大的月份恰逢为风能密度最大月份，这为风力发电的迎峰度夏提供了良好的条件。崇明岛日最大风速7.5 m/s，出现在18：00时左右，相应的日风能密度最大值为421.7 W/m2;最小风速6.6 m/s出现在3：00时左右，日风能密度最小值为292.6 W/m2。日最大风速和日最大风功率密度恰好出现在居民用电高峰时期。由于在用电高峰季节和用电高峰时刻都是风力最强，因而利用风力发电来调节用电高峰具有天然的优势（见表2）。

崇明的主风向为SSE、S和NNE，分别占9.5%，8.9%和8.5%；风能最大值出现在NNE和SSE方向，其风能分别占总量的12.8%和12.1%。因此崇明岛主风向较为稳定，风能分布比较集中，对风机的布置相对比较有利，能减少风机间尾流影响引起的电量损失，有利于风电的开发利用[3]。

风能取之不尽，用之不竭，不消耗矿物燃料，不污染环境，是理想的可再生清洁能源，相关技术也较成熟。在崇明“绿色能源岛”建设中，风力发电必将受到高度重视。

表2 崇明岛风能（离地50 m）指标统计

1.3.3 潮汐能

崇明岛东临东海和西接长江的自然地理条件，使得岛的沿岸蕴藏着丰富的潮汐能资源，潮汐能分布图见图2。

东海潮波传入长江口，受地形影响，使长江口成为一个中等强度的潮汐河口。长江口河段被崇明岛分割为南北两支，北面周长76 km，特别是北支河段由于下泄的径流量少，河槽呈喇叭形，潮汐能量快速集中，加之反射潮汐的叠加，潮差加大，平均潮差要比崇明岛南侧大50 cm左右，青龙港与灵甸港之间在大潮期间经常出现涌潮现象，其最大值可达1 m以上。平均潮差在2.5～3.5 m之间，纳潮面积可控在453 km2，最大潮差5.95 m，平均每一潮位的吞吐潮量为26亿m3，平均每日从长江上游流入的淡水径流量为1.64亿m3，蕴藏着丰富的能源。

表3 潮汐能能量评估计算值

据多年资料估算统计（见表3），崇明岛北部、南部和东部潮汐的平均密度分别为111万kW，159万kW，830万kW，潮汐能密度为1.3～1.7 kW/km2之间，年发电量约40亿kWh的潮汐电站，是上海未来潮汐能发展潜力之一。

1.3.4 生物质能

崇明岛是上海的农业县，蕴藏着十分丰富的农作物秸秆、牲畜粪便、林木废弃物、城市垃圾、污泥等生物质资源。据估算崇明岛每年农作物秸秆量就可达36.9万t以上，考虑三分之一作为可再生能源利用，相当于5.46万t标准煤；如果将牲畜粪便一半用来肥田，一半用来作为可再生能源加以利用，可提供电力37 MW，提供其他能源7.37万t标煤；加上其他林木废弃物、城市垃圾、污泥等生物质，总资源量相当于15万t标准煤，为“绿色能源岛”建设储备了丰富的资源。

1.4 技术保障

我国的热电冷三联供系统虽是最近几年才发展起来，但济南、南京、上海等多个城市已有不少成功的案例，目前“能源岛”——热电冷三联供系统技术在国内已基本成熟。

可再生能利用方面：自20世纪80年代，风电、太阳能、现代生物质能等技术应用和产业在政府的支持下稳步发展，小水电、太阳能热水器、小风电等一些可再生能源技术和产业的发展已经走在世界的前列。相对化石能源而言，可再生能源的能量密度较低、分散，而且目前的可再生能源利用系统规模小、能源利用率低，作为集中供电手段难度较大，而“能源岛”系统规模小，因此适合与可再生能源相结合。

图2 潮汐能分布示意图

2 “绿色能源岛”综合效益分析

2.1 节能与减排效益

“能源岛”实现能源综合梯级利用，能源利用率高，具有非常好的节能效应，大型发电厂的发电效率一般为35%～55%，扣除厂用电和线损率，终端的利用效率只能达到30%～47%。而分布式能源系统的能源利用率可达到80%以上，没有输电损耗。

“能源岛”对环境友好，其燃料多元化，为可再生能源利用开辟了新方向。分布式能源系统一般采用清洁燃料做能源，同时以其高效率可以实现环保效益。按照美国能源部CCHP2020纲领的描述，部分新建建筑采用CCHP后，可以减少19%的CO2排放。

2.2 社会经济效益

根据孔祥强[5]等人的研究表明,基于热气机的冷热电三联系统年净收益几乎是传统分供能系统的2倍，而且投资回收期为6.42 a，比传统分供系统6.73 a短。同时系统经济效益与余热利用率有很大关系，当余热全部得以利用时，系统投资回收期仅为2.23 a。

“能源岛”与集中能源系统相比，没有能源远距离输送引起的输配损失以及相应的输配系统投资，经济性好，为终端用户提供了灵活、节能型的综合能源型服务。

同时“能源岛”弥补大电网安全稳定性方面的不足。在用户近旁直接安置分布式能源系统，与大电网配合，可以大大地提高供电可靠性，在电网崩溃和意外灾害（例如地震、暴风雪、人为破坏、战争）情况下，维持重要用户的供电，可再生能源利用潜力计算结果见表4。

3 “绿色能源岛”开发建议

3.1 开展技术攻关

目前我国“能源岛”——热电冷三联供系统技术已基本成熟，可再生能源利用技术在政府的支持下也稳步发展，部分技术实现了商业化，但与国外发达国家相比，无论在技术、规模、水平还是在发展速度上，仍存在较大的差距，主要是：一方面多数可再生能源技术发电成本过高和市场容量相对狭小，成本高，抑制了可再生能源市场；反之，市场狭小又会给可再生能源的成本降低造成障碍，形成恶性循环，使可再生能源产业的发展陷入困境。另一方面由于投入太少，缺乏足够的资金进行开发和研究，不少关键设备不得不依赖进口，导致产业化、商业化程度低，发展缓慢。

因此建议将以可再生能源为基础的能源岛发展列入各级政府的产业发展和科研攻关计划，并纳入财政预算，依靠科技进步、产业竞争，提高元件的转换效率，降低生产成本，改进系统的稳定性和兼容性，最终实现商业化。

表4 崇明三岛可再生能源利用潜力计算结果

3.2 政策支持

发展以可再生能源为基础的能源岛，应当要有有力的政策支持，主要有如下几方面：一是关于管理类的政策。能源岛系统只要在技术上符合并网要求的，电力系统要允许其接入系统。能源岛系统上网的电价要由政府核定，要考虑环保效益。二是财政支持类的政策。由于该系统以可再生能源为原料，没有燃料进项抵扣，如与化石能源同样征收17%的增值税率，实际上是加重了可再生能源的税负。建议对各种可再生能源和小水电一样实施6%的增值税率。三是实行多种形式的投资机制。包括鼓励个人和合作所有制。四是信息传播，包括资源、政策支持等，及时广泛传播，使多方面投资者能有平等的机会进入市场竞争。

4 小结

以可再生能为基础的“能源岛”对节约能源、保护环境及提高经济效益具有重要意义，能否最大限度挖掘可再生能源、提高能源利用率成为经济发展的重要因素。“能源岛”系统也因其规模小，适合与可再生能源相结合。而崇明得天独厚的自然环境、良好的投资环境、丰富的可再生能源为崇明“绿色能源岛”示范区建设提供了坚实的保障，若在财政给予扶持、技术上给予保障，以可再生能为基础的“能源岛”必将是我国调整能源结构、保护环境、增强能源安全、实现可持续发展的战略选择。

[1]陈康民，蔡小舒，戴韧.能源岛—分布式热电冷三联供的进展与实践[J].上海理工大学学报，2004，26(5)：385-387.

[2]俞善庆.崇明岛—未来可再生能源基地[J].能源技术，2006,27(1)：13-19.

[3]俞海淼，周海珠，忻闻.崇明岛风力资源分析与评价[J].可再生能源，2008,26(3)：76-79.

[4]将润花.分布式能源系统研究[D].北京：中国科学院研究生院，2009.

[5]孔祥强，王如竹，李瑛.基于热气机分布式冷热电三联供效益分析[M].2005：27-28.

Study on the Construction of Chongming"Green Energy Island"

CHEN Mei-rong1,ZHAO Shi-ming2
（1.East China Sea Marine Forecasting Center of State Oceanic Administration,Shanghai 200081,China;2.National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China）

"Energy island"technology is a new developed energy supply concept and method in recent years.It effectively integrates energy demand of the electricity of high product value with the heat and cold of low product value,thus could significantly improve the energy efficiency and reduce the carbides and harmful gas emissions,which is the future trend of new energy.A comprehensive evaluation on the construction of"green energy island"based on renewable energy in Chongming Island is made on the basis of full investigation of the natural environment,investment environment and renewable energy reserves.A preliminary proposal was made for the construction of the"energy island",providing a reference for coastal renewable energy development and utilization in Shanghai.

Chongming Island;renewable energy;green energy island;comprehensive benefit

P74

C

1003-2029（2012）02-0091-04

2011-12-19

我国近海海洋综合调查与评价专项资助项目——“苏沪沿海海洋风能调查与研究”

陈美榕（1964—），女，高级工程师，主要从事海洋环境综合评价与开发。Email：cmr0902@163.com