海水抽水蓄能电站环境影响分析

罗嘉佳

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳 518000)

1 海水抽水蓄能电站概述

我国现有抽水蓄能电站均建于大陆地区，要求站址具有上、下水库(上蓄下调)。随着地质条件优越、地形成库条件好、水库库容大、装机容量大、工程量相对较小[1]等开发条件较好的地点逐渐开发，今后的抽水蓄能电站选址将日益困难。在此情况下，利用海水进行抽水蓄能发电这种新型蓄能方式进入人们的视野，成为目前重要的研发任务之一。海水抽水蓄是传统抽水蓄能技术的有效补充，具备传统抽水蓄能电站的优点，又有效利用了几乎无限的海水资源。目前，海水抽水蓄能系统的研究方向是利用大海作为蓄水下库，充分利用其水资源，解决传统抽水蓄能电站对淡水量的依赖，对于临海和淡水资源缺乏的岛国和城市具有非常广阔的发展前景[2]。

海水抽水蓄能有着明显的优点：选址方便——我国海岸线漫长，站址可选择余地大，并且靠近沿海建设的火电站、核电站等电源，对于输电、电力系统调峰有利；造价较低——可以利用大海作为蓄水水库，不必另行建设下库(调节)，也不受水量限制[3]。

根据全国海水抽水蓄能电站普查成果(2017年)[4]，我国海水抽水蓄能电站资源储量丰富。本次普查广西、海南、广东、福建、浙江、江苏、山东、辽宁8省(区)，共发现海水抽水蓄能电站238个资源站点(近海174个，岛屿64个)，资源总量为42083MW(近海37446MW，岛屿4637MW)。经统计，浙闽粤3省海水抽水蓄能资源丰富，合计184个资源站点，占8省(区)总量的77%；3省资源量共31207MW，占8省(区)总量的74%。初筛出广东省上川岛、南澳岛、万山岛，浙江省青天湾、天灯盏、桃花岛、龙潭，福建省浮鹰岛等8个站点作为全国海水抽水蓄能电站试验示范项目比选的备选站点。

1999年3月，世界上第一座海水抽水蓄能电站Okinawa Yambaru电站在日本冲绳岛建成投产，也是迄今唯一付诸实践的海水抽水蓄能电站。装机容量30MW，最大工作水头152m，最大流量26m3/s。该电站是一个试验性项目，从建成开始进行了为期5年的真机试验[5]。主要的研究项目有：上水库海水渗漏；电站建筑材料海水侵蚀有效；海洋生物附生问题；抽水蓄能电站在各种海洋气候条件下的运行[6]。工程运行实践表明，它为冲绳本岛电网的负荷平衡和频率稳定起到了重要作用[7]。2004—2014年，电站进入商业运行阶段，同时进一步研究了电站蓄能紧急对应能力验证及机组运行状况。2016年，日本电源开发株式会社决定将冲绳海水抽水蓄能发电站撤除，计划将相关的设备移到别处再利用[8]。

秉承可持续发展理念，抽水蓄能电站技术的发展与环境保护必须协调共进。海水抽水蓄能电站是新兴事物，在运行过程中究竟会对周边环境造成什么影响，是人们非常关心的问题。

2 运行期环境影响分析

根据相关文献[9]的分析和Okinawa Yambaru电站运行期间的监测[4]，海水抽水蓄能电站运行期的主要环境影响有以下几方面。

2.1 上水库海水渗透对地下水的影响

海水抽水蓄能电站储存了大量海水，如果库岸边坡和库底没有做好防渗处理，高盐度的海水就会在巨大水压下迅速渗漏到周边土壤和岩石缝隙中，从而可能造成土壤盐渍化、浅层潜水咸化及部分地段Ⅰ承压含水层咸化[10]，极大威胁上库周边植物的生长，甚至造成周边地区的人畜饮水困难。

2.2 上水库海水水汽对周边陆生生态的影响

受大风的动力作用，上水库海水表面容易形成富含盐离子的水滴随风飘散到周边植被的茎杆和枝叶上，造成其生理脱水，严重时枯萎致死，在海岸地区被称为海煞[11]。有文献[12]指出，受浪花飞溅影响区域的绿化植物常见病害情况是叶缘或叶尖脱色、微黄，叶片有黄斑或褐斑，甚至大面积枯焦。海煞现象最明显的区域为离岸边10～20m区间。

2.3 取、排水对周边水生生物的影响

电站向上库抽水蓄能时，设置在海洋内的取水口急速抽取海水会产生巨大吸力，把周边的浮游动植物随水流一并吸入流道内，形成卷载效应(也称卷吸效应)，对水生生物造成伤害，主要因为温度、压力、流速等变化引起的物理伤害。据东北师范大学研究[13]，由于水泵卷载，浮游动物量和浮游植物量的损失分别约为40%和10%。

电站向海洋放水发电时，排水口高速水流可能会对近岸海域的珊瑚礁产生冲刷影响。

3 环境影响预防和减缓措施

3.1 做好上水库的防渗处理

为了阻止上水库的海水渗透到周边环境中，上水库表面的防渗衬砌结构尤为重要。有研究[14]对三种联合防渗形式进行了对比，即“土工膜和黏土”、“沥青混凝土和钢筋混凝土”、“沥青/钢筋混凝土和土工膜”，结果表明，土工膜或复合土工膜是海水抽水蓄能电站库盆防渗的首推材料，钢筋混凝土与土工膜联合防渗方案的适应性比较强，基本能够适用于大多数地质条件，建议选用有涂层保护的钢筋混凝土面板进行库岸防渗。而Okinawa Yambaru电站在上库整个库盆表面设置的联合防渗形式(由下至上)是机制沙砾排水层—无纺土工布缓冲垫层—EPDM防渗层，如图1所示。

图1 Okinawa Yambaru电站上水库防渗结构

同时，为预防橡胶板局部破损而导致海水泄漏，Okinawa Yambaru电站在防渗体系底部增加了一道保险，即在排水层中埋设排水管，导入排水泵抽回上库或排洪钢管流入海洋。排水管设置了盐度监测仪，一旦检测出排水管道内盐度异常，即自动向中控室发出警报，启动排水泵或打开排洪钢管。

除做好防渗衬砌和渗漏海水收集系统外，建设单位还应在修建海水抽水蓄能电站之前对站址区域进行详细的地下水水文地质条件调查和生态调查。根据上水库渗水与站址地下水流场的水力联系情况，建立地下水监测系统，在电站运行期间进行定期监测。在正常运行情况下，海水的渗透与泄漏是通过每天的监测和检查来进行观测的[3]。Okinawa Yambaru电站对EPDM橡胶板密封性的观察从1998年8月水库开始蓄水就启动，5年真机运行期间，上库蓄水池防海水渗透系统完全没有发生海水渗漏迹象。上水库库周植物动物种群、小溪池塘等地表水体水质的建设前后对比监测结果，也印证了海水渗透和泄漏现象没有发生。

3.2 增加上水库正常蓄水位与坝顶高差以减少海煞现象

对于上水库的海水飞溅问题，在规划选址和设计阶段，总平面布置时考虑台风及其影响，采取一定的安全储备措施，如防溅墙，可通过风洞试验和计算机模拟，结合类似工程经验，综合确定防溅墙的高度和防溅工程措施[15]。根据Okinawa Yambaru电站的经验，利用弃渣沿上水库边沿筑坝及种植树林，使得上水库正常蓄水位与坝顶高差在2m以上，就可以有效地避免海煞现象[16]。真机运行过程检测结果表明，在没有台风的通常情况下，风速无法使得上水库中出现飞散盐分的现象。在台风状况下，位于水库下风向的土壤和树叶表面，盐分增量属于自然变化幅度内，没有达到盐害水平。上水库库周植被始终生长茂盛亦可印证这一点。

3.3 优选取、排水口位置并设法降低周边流速

取、排水口的选址应该在详尽生态调查基础上进行，选择设置在珊瑚礁尽可能少的沿岸，同时要考虑取水口深度，以尽可能避开表层水体浮游鱼卵、仔鱼。

在取、排水口周围可以设置利用混凝土扭王块垒砌的尾水防浪坝，既减小了大型鱼类游进取水口范围的可能性，同时也可使尾水防浪坝外周边的流速减缓，接近于海域平均流速，减少了浮游生物的被动吸入。目前，Okinawa Yambaru电站采取的措施是在出水口设置了预制混凝土块组成的挡水消能结构，这样可使发电工况下排水的流速降至大约10cm/s[17]。

电站运行过程中，建设单位应该做好取水口附近的渔业资源的监测，适当作出渔业补偿，通过人为措施，出资采用人工放流等手段来强化、缩短渔业资源恢复过程。

4 结论与建议

从目前的资料来看，在做好相应的工程防护措施之后，海水抽水蓄能电站的建设对周边环境影响较小。是一种绿色建站方式，充分利用了海洋资源。但海水抽水蓄能电站是新事物，上水库建设对周边生态环境的影响程度、抽排水对近岸海域的生态环境影响程度均有待观察，所以在电站建设前、建设过程中、运行期均应高度重视环境监测。监测的对象包括：近岸海域的浮游动植物、鱼类；上水库内的浮游动植物、鱼类；上水库附近的空气盐分、植被；上水库附近的土壤动物；上水库附近的土壤盐分；上水库附近的两栖类、鸟类；项目区地下水和地表水水质；环境噪音；尾水防浪坝外侧海浪高度及水流速度；海洋生物吸附量。