钱塘江河口 (杭州湾段)风能、潮汐能资源现状与需求

俞先锋,罗云霞

(浙江水利水电专科学校,浙江 杭州 310018)

1 浙江省海洋风能、潮汐能资源现状

风能、潮汐能作为安全可靠、清洁高效的可再生新能源,具有巨大的开发潜力,已受到许多国家和地区的极大关注与大规模开发。

我国是一个风能资源十分丰富的国家,离地面10 m高度层上的风能资源总储量为32.26亿kW,可开发量为2.53亿kW,我国沿海潮汐能资源可开发量为2100万kW,年发电量为618万kW◦h[1]。

浙江省位于亚热带季风气候区,濒临东海,具有较丰富的风能、潮汐能等海洋资源。据《浙江省风能资源评估报告》显示,浙江海岸线总长约6500 km,海上风能开发利用具有良好的前景,沿海海岸和近海海域20.00m等深线以内的风能资源理论储量达6200万kW。另外,浙江省全省沿海平均潮差为4.29 m,在河口港湾地区最大潮差达7.00～8.00 m。据全国潮汐资源普查资料统计,浙江省潮汐能理论装机容量约为2900万kW,可开发的潮汐能装机容量为880万kW,约占全国总量的41.9%[2]。虽然资源丰富,但浙江省乃至全国对这些资源的开发远远落后于其他发达国家,甚至是发展中国家。

2 钱塘江河口 (杭州湾段)风能、潮汐能资源概况

钱塘江河口(杭州湾段)主要是位于浙江省东北部,西起海盐县澉浦—余姚市西三闸断面,东至扬子角—镇海角连线。有钱塘江注入,是一个喇叭形海湾,湾口宽约95 km,自口外向口内渐狭,至澉浦为20 km。海宁一带仅宽3 km。自乍浦至仓前,七堡至闻家堰一带水下形成巨大的沙坎(洲),长130 km,宽约27 km,高约20.00 m。北侧金山卫—乍浦之间的沿岸海底有一巨大的冲刷槽,最深约40.00 m。

2.1 风能资源情况

风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的三次方和空气密度成正比关系。把地球表面一定范围内,经过长期测量、调查与统计得出的平均风能密度的概况称该范围内风能利用的依据。

杭州湾地区风能资源较为丰富,15 a来平均风速为2.7 m/s左右,其中杭州湾以北年平均风能密度为300～400 W/m2,可利用小时数6500～7000 h,风能储量约为70万kW。杭州湾以南年平均风能密度为400～600 W/m2,可利用小时数7000 h以上,风能储量约为200万kW[3]。

杭州湾受季风影响,各季节风向变化较大。夏季盛行偏南风,冬季盛行偏北风。由于湾内各地地形不一,所以各地风的分布也不尽相同(见表1)。

杭州湾中部、东北部及东部的年平均风速为2.8 m/s,最大风速为25.0 m/s,风向为ENE。各月平均风速为2.5～4.6 m/s,8月最大,为4.6 m/s。各季平均风速变化不大,为 2.6～ 4.3 m/s。

杭州湾北部及西北部的年平均风速为2.7 m/s,最大风速为20.0 m/s,风向为SE。各月平均风速为2.3～4.0 m/s,8月最大,为4.0 m/s。各季平均风速为2.4～3.9 m/s。

表1 钱塘江河口 (杭州湾段)风能参数表

根据我国风能资源区划分指标(见表2),以年平均风能密度和有效风速的小时数作为评价指标,从表1的数据来看,杭州湾两岸一些代表区域都属于风能资源丰富区域,均可以利用风能资源进行发电。

表2 我国风能资源区划分指标表[4]

2.2 潮汐能资源情况

潮汐能量大小直接与潮差有关,潮差越大,能量越大。由于深海中的潮差一般较小,因此潮能利用主要集中在潮差较大的浅海、海湾和河口地区。

浙江的潮汐能资源中,以钱塘江河口 (杭州湾段)潮差最大,资源最丰富,潮汐能蕴藏量达590亿kW◦h,几乎占全国的25%。特别是著名的海宁观潮处附近,拥有建万千瓦级以上潮汐电站的良好条件。该处最大潮差达8.90 m,潮汐能蕴藏量为590亿kW◦h,居全国首位。

表3为杭州湾南北两岸代表区域的潮汐能参数表(潮差)。从表3所列的数据来看,杭州湾南北两岸的年平均潮差均比较大,越靠近钱塘江上游,潮差越大,北岸区域的平均潮差略大于南岸。由此看来,在乍浦、海盐澉浦以及余姚区域潮差较大,潮汐能量更大,更适合建造潮汐能发电场。

表3 钱塘江河口 (杭州湾段)潮汐能参数表m

2.3 风能、潮汐能资源利用现状

目前,杭州湾南北两岸的风能资源已经开发利用,但力度远远不够,而潮汐能资源尚未开发,可以说,丰富的能源资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滩涂上,由慈溪长江风力发电有限公司投资6.43亿元已经建成投产并网发电的慈溪风电场一期工程,共安装33台单机容量为1.5 MW风力发电机组,总装机容量4.95万kW,年发电量约1亿kW◦h,慈溪风电场二期也在紧锣密鼓地规划建设中。

2010年6月,由中国华锐风电科技投资建设的上海东海大桥海上风电场,由34台国内单机功率最大的离岸型风电机组 (3 MW)组成,总装机容量10.2万kW,设计年发电利用小时数2624 h,年上网电量2.67亿kW◦h,项目总投资23.65亿元。

2012年7月,在海盐县经济开发区杭州湾大桥新区,由中国大唐集团新能源股份有限公司投资建设海盐风电场项目已经获得批准建设,项目拟建20台单机容量2.3 MW的风电机组,总装机规模为46 MW,同步配套建设110 kV升压站,总投资约4.29亿元。

3 钱塘江河口 (杭州湾段)风能、潮汐能资源利用需求

钱塘江河口 (杭州湾段)拥有如此丰富的风能和潮汐能资源,而从目前的利用现状来看,远远落后于全国甚至世界上许多国家。下面将从几方面来分析钱塘江河口(杭州湾段)风能、潮汐能资源利用需求。

3.1 对贯彻政府政策的需求

2006年,国家颁布了《可再生能源法》,通过立法将风能、太阳能以及海洋能等列为可再生能源,并予以大力开发利用。2005年浙江省人民政府提出了 《浙江海洋经济强省建设规划纲要》,鼓励沿海利用风能、太阳能、潮汐能、生物能等可再生能源,大力开发可再生能源用作海水淡化、城乡公共设施电源的技术和设备。

3.2 杭州湾两岸区域经济发展的需求

杭州湾两岸区域位于长三角经济圈的南翼,包括杭州湾北岸的嘉兴市部分地区、南岸的宁波市部分地区。本区域拥有嘉兴港口航运区,渔业资源利用与养护区、工程利用区 (如围海造地区、临港产业区)以及风景旅游区等,经济发展程度高。雄伟的杭州湾跨海大桥连接杭州湾南北两岸,拉近了与上海国际大都市的距离,带动了两岸经济的发展,而且两岸滩涂资源丰富,海洋经济发展基础较好,海洋开发程度较高。

因此,应加快该区域的电力能源建设,除了继续建设秦山核电基地和城市火电基地外,特别需要杭州湾区域风能以及潮汐能等可再生绿色能源的大力开发,优化能源结构,促进节能减排,很大程度上弥补该区域电力的不足,更好地推动区域经济的发展。

3.3 风能、潮汐能资源的开发利用可以带来更多的效益

利用风能和潮汐能发电虽然成本比较高,但安全可靠、不消耗资源、不污染环境,同时还可以带来很多其它效益。

(1)利用风能、潮汐能发电,可以很大程度上代替煤电,因此每年可节约煤的使用,减少二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳等温室气体的排放,对美化环境带来了极大的好处。

(2)利用潮汐能发电还兼有多方面综合利用效益。可以为海涂围垦、航运交通、水产养殖、农田水利等多方面带来丰厚的经济效益,其效益甚至远超过发电效益。比如,浙江江厦潮汐试验电站,装机容量3900 kW,同时已围垦海涂 373 hm2,可用于水产养殖等,产生了巨大的经济效益。

(3)风能或潮汐能发电场的建设,可以促成美丽的海边观光旅游带的形成,为钱塘江大潮的壮观景色锦上添花。

4 对钱塘江河口 (杭州湾段)风能、潮汐能资源开发利用的建议

钱塘江河口 (杭州湾段)风能、潮汐能资源非常丰富,具有良好的开发前景,但在开发利用上建议做到合理规划、统一部署、协调发展。具体的说,有以下几个方面的建议:

4.1 风能、潮汐能、太阳能、常规能源要合理配置、科学调度、多能互补

鉴于杭州湾区域的风能和潮汐能具有地方性、季节性和多变性,在开发利用上,要注意用其它的能源来弥补风能以及潮汐能应用的间隙,如建立风光互补发电体系、风能潮汐能互补发电体系以及风能与常规能源互补发电体系等,利用计算机自动控制技术实现多能互补,达到高水平的科学调度和管理[5]。

4.2 在发电场选址方面,要精心勘测、合理规划、科学论证,与周边的海洋资源综合开发利用要统一协调、综合管理

风电场的建设要占用大量的土地,故在海塘滩涂开发利用上要综合考虑海塘滩涂开发效益问题;可以考虑利用海边的山地或岛屿资源,可充分利用高空比近地面更大的风能资源;可以借鉴杭州湾跨海大桥的建设经验以及江苏如东海上风电场的建设经验,考虑在离杭州湾跨海大桥一定范围之外的海上建立风电场,因为海上的风能资源比沿岸要大。研究表明,由于海面的粗糙度较陆地小,离岸10 km的海上风速比岸上高25%以上,风速日变化小,有效利用小时数高[6],而且不占用土地。若可行的话,一座座矗立在海平面上的风车还将与杭州湾跨海大桥共同形成杭州湾上的一道靓丽的风景线。

风电场的选址要考虑对杭州湾两岸的海边滩涂、部分湿地的生态影响以及海上渔业作业的影响,因为风电场的建设期以及运营期所产生的强大的噪音和气流扰动等将不可避免地影响滩涂、湿地生态以及海上渔业,造成“绿色污染”。

4.3 政府要提供政策支持,加强必要的基础设施建设,建设能源产业带

政府要在风能、潮汐能开发利用上提供政策支持,加强必要的基础设施建设,如输电线路的建设,电价的定价问题等;政府要拓宽引资融资渠道,提高投资力度和信贷规模,以较好地解决发电场的建设资金问题,欢迎国内外各公司投资建设发电场项目以及相关的配套设施建设,逐步形成杭州湾能源建设产业带;政府应全力推行“绿色电力”机制,允许、引导、鼓励用户购买风能、潮汐能电力,以促进杭州湾风能、潮汐能资源的开发利用。

4.4 防范台风对风能、潮汐能开发利用的影响

杭州湾属于夏季热带气旋活动频繁的地区之一,热带气旋引起的大风、海浪和风暴潮等恶劣天气均会使风电机组以及潮汐能发电场的安全面临严峻的考验,尤其是对风电机组的安全将可能造成灭顶之灾。所以在风电机组的选型上一定要考虑台风的极端环境,增大安全使用余量;在发电场运行过程中,应掌握热带气旋的基本知识进行有效利用和合理防范等。

4.5 防范杭州湾海底地质灾害对风能、潮汐能开发利用的影响

杭州湾海底地质灾害类型多样,有限制性地质灾害(如潮流冲刷槽和软土等)和活动性地质灾害 (如海底滑坡、砂土液化、浅层气等)[7],这些灾害直接影响杭州湾区域的海洋资源开发和海洋工程建设。因此杭州湾的海上或岸边建设风电场或潮汐能电场工程时,要做好杭州湾海底或海岸的地质勘测工作,一方面选择合适的建设地点,避开地质灾害严重区域,建设时期,注意提高工程建设质量,提高防灾等级;另一方面,加强海洋地质活动的监测和灾害预警工作。采取必要的措施,减少灾害对风电场、潮汐能电场工程所带来的影响和损失。

4.6 在潮能的开发上,应处理好涌潮保护以及泥沙淤积等问题

杭州湾涌潮是世界奇观,本着保护该世界奇观的原则,谨慎开发利用杭州湾的潮汐能,如可以在局部区域建设潮汐能发电场。如果建设潮汐能发电场,也要充分考虑泥沙淤积处理带来的额外投资成本。

4.7 在杭州湾区域建立风能、潮汐能资源观测系统

虽然杭州湾区域风能、潮汐能资源丰富,但是在风电场和潮汐发电场选址方面,如果无法对该区域风能、潮汐能资源进行精确勘测,可能限制风电和潮汐能发电建设项目发挥正常的经济效益和社会效益,从而不利于该区域能源产业化的发展。因此,政府有关部分应该尽快部署在杭州湾区域建立风能、潮汐能资源观测系统,在历史数据的基础上,进一步开展杭州湾区域风能、潮汐能资源的调查与评估,结合计算机数值模拟,做好资源评价与管理,为建设规划提出更加科学的理论依据[4]。

5 结 语

钱塘江河口(杭州湾段)具有丰富的风能和潮汐能资源,在资源的开发利用上与杭州湾南北两岸的经济发展需求不相协调。杭州湾两岸区域属于长三角经济圈的南翼地带,近年来该区域的经济发展速度有目共睹,但经济的发展离不开能源的支持。在发展常规能源的基础上,更应该大力开发利用丰富的可再生的风能和潮汐能等绿色能源,优化能源结构,促进节能减排,极大地推进杭州湾区域的经济发展。

[1]郭成涛.东南沿海地区风能、潮汐能、山区水能的统筹开发及联合运行的探讨 [J].海洋技术,1996,9(3):441-55.

[2]发展风电潮汐电大有可为[EB/OL].http://www.zjol.com.cn/20050223.浙江在线新闻网站.

[3]我国海上风电开发进入快速发展期[EB/OL].http://newenergy.in-en.com/20091202.国际新能源网.

[4]孙金凤,刘青志,解忠刚.东营市风能资源开发利用分析及对策研究[J].华东电力,2010(3):399-401.

[5]张正元,袁成松.江苏沿海风能资源的开发优势及其对策[J].海洋开发与管理,1987(3):23-25.

[6]谭志忠,刘德有,王丰,等.海上风电场的规划[J].上海电力,2007(2):125-128.

[7]王振红,潘国富,李冬,等.杭州湾海底地质灾害初步调查[J].海洋地质前沿,2011(8):54.