崇明“綠色能源島”示范區建設初探

陳美榕，趙世明

（1.東海預報中心，上海 200081；2.國家海洋技術中心，天津 300112）

崇明“綠色能源島”示范區建設初探

陳美榕1，趙世明2

（1.東海預報中心，上海 200081；2.國家海洋技術中心，天津 300112）

“能源島”技術是國際上近幾年發展起來的一種新的能源供應概念和方式，它將高品值的電力與低品值的熱、冷3種能量需求有效地統一起來，從而大幅提高能源利用效率,減少碳化物及有害氣體的排放，是未來新能源發展的趨勢。在充分調查崇明島自然環境、投資環境、可再生能源儲量的基礎上，對崇明建設以可再生能源為基礎的“綠色能源島”建設進行綜合評價，并提出“能源島”建設的初步建議，為上海沿海可再生能源開發利用提供了一定的參考。

崇明島；可再生能源；綠色能源島；綜合效益

隨著經濟和城市建設的發展，商業建筑的能源使用在整個能源結構中將占有相當大的比重，如美國1996年消耗近2.73×1013kW·h的能量，其中商用建筑耗能4.40×1012kW·h，約占總耗能的16.1%。上海雖然沒有大面積的集中供暖，但根據估算，上海的建筑能耗約為總能耗的13.2%[1]。為了提高商業建筑的能源利用率，過去的研究開發主要著眼于單獨的設備，不但機組耗電量大，且存在污染環境等問題。近年來廣泛應用于空調制冷領域的“熱電冷三聯供系統”及“能源島”技術[2]，就是將高品值的電力與低品值的熱、冷3種能量需求有效地統一起來，提高能源利用率。

然而，傳統的熱電冷聯產系統大都是以石油或天然氣為一次能源的。隨著國際石油緊缺狀況的影響和我國能源資源約束的日益突出，石油或天然氣等能源資源情況不容樂觀，而且大量使用礦物燃料會帶來的極為嚴峻的環境問題。因此，提高能源效率和發展可再生能源，將可再生能源代替礦物燃料用于三聯供系統，將是21世紀能源發展的基本選擇。

上海崇明島三面環江一面臨海，蘊藏著豐富的可再生能源資源。上海可以率先在崇明開展以可再能為基礎的“綠色能源島”示范區建設，并加以推廣，最終實現一個由無數的小小獨立“能源島”組成、覆蓋全上海的“能源島網絡”，通過電熱冷聯供技術來滿足對電、熱、冷的需求，以能源再生產的絕對優勢逐步取代目前人類廣泛使用的石油資源。

圖1 上海市能源消費量及增長率（1990—2005年）

1 以可再生能為基礎“綠色能源島”建設條件

1.1 自然環境

崇明島作為世界最大的河口沖積島群，位于長江流域和東部沿海地區“T”字形格局的交匯點，是上海最具潛在戰略意義的發展空間。崇明島自然資源豐富，特別是灘涂土地面積，風能、太陽能和生物質能等綠色能源供給狀況，以及綿長穩定的深水岸線在本區域都具有一定優勢。此外崇明也是目前長三角地區受人類活動，特別是工業影響較小的地區。

1.2 投資環境

根據發展規劃，崇明三島將成為21世紀上海可持續發展的重要戰略空間，按照環境生態化、經濟生態化和社會生態化的原則，功能定位著力突顯森林花園島、生態人居島、休閑度假島、綠色食品島、海洋裝備島和科技創研島等特色，建成具有可持續發展戰略示范作用的“生態島區”。

雖然崇明目前還只是上海唯一的一個“縣”，而且長期以來交通不便，經濟以農業為主，使崇明一直是上海各區縣中經濟發展最落后的一個地區，但也因未經過深度開發而積蓄了更多的后發優勢，它可以更從容地留足自然生態環境涵養空間，留足未來“綠色能源島”國際級項目的規劃選址空間。

1.3 能源基礎

崇明位于北亞熱帶南緣的沿海地區，屬于北亞熱帶海洋性氣候，常年風速大、頻率高，風力資源豐富；地域開闊，太陽光照充分；氣候溫和潮濕，蘊藏著豐富的生物質能；北部地形顯赫，形成較大的潮差，擁有豐富的潮汐能資源；東瀕東海，蘊藏著波浪能。崇明豐富的可再生能源資源為“綠色能源島”建設展現出美好的前景。

1.3.1 太陽能資源

崇明島地處北亞熱帶南緣的沿海地區，屬于北亞熱帶海洋性氣候，是全市太陽能資源最豐富的地域，日照充足，每年日照時數為 2 104 h，8月份日照時數最多達 515～528 MJ/m2，1月份日照時數最少為239～253 MJ/m2，年太陽輻射總量為4 384～4 570 MJ/m2，潛在的有效能量相當于20萬t標煤每年[3]（見表1）。

太陽能是取之不盡的清潔能源。在崇明生態開發中，太陽能的廣泛應用是必然的選擇。隨著世界光電子技術及其應用材料的飛速發展，光電材料成本大幅下降，光電轉換效率不斷提高，這將使太陽能發電成本大幅度下降。再過幾年，太陽能發電的成本將會接近并低于煤電，這為“綠色能源島”建設中大力開發太陽能提供了可能。

表1 崇明島各測點年、月太陽輻射總量（MJ/m2）

1.3.2 風能

崇明島風力資源豐富，經估算在崇明島離地50 m高空年平均風速為7.0 m/s，年平均風能密度為339.1 W/m2，每年可利用2 000 h以上。風能密度最大的是7月份，達到409 W/m2；最小的是12月，風能密度為229 W/m2。用電需求量最大的月份恰逢為風能密度最大月份，這為風力發電的迎峰度夏提供了良好的條件。崇明島日最大風速7.5 m/s，出現在18：00時左右，相應的日風能密度最大值為421.7 W/m2;最小風速6.6 m/s出現在3：00時左右，日風能密度最小值為292.6 W/m2。日最大風速和日最大風功率密度恰好出現在居民用電高峰時期。由于在用電高峰季節和用電高峰時刻都是風力最強，因而利用風力發電來調節用電高峰具有天然的優勢（見表2）。

崇明的主風向為SSE、S和NNE，分別占9.5%，8.9%和8.5%；風能最大值出現在NNE和SSE方向，其風能分別占總量的12.8%和12.1%。因此崇明島主風向較為穩定，風能分布比較集中，對風機的布置相對比較有利，能減少風機間尾流影響引起的電量損失，有利于風電的開發利用[3]。

風能取之不盡，用之不竭，不消耗礦物燃料，不污染環境，是理想的可再生清潔能源，相關技術也較成熟。在崇明“綠色能源島”建設中，風力發電必將受到高度重視。

表2 崇明島風能（離地50 m）指標統計

1.3.3 潮汐能

崇明島東臨東海和西接長江的自然地理條件，使得島的沿岸蘊藏著豐富的潮汐能資源，潮汐能分布圖見圖2。

東海潮波傳入長江口，受地形影響，使長江口成為一個中等強度的潮汐河口。長江口河段被崇明島分割為南北兩支，北面周長76 km，特別是北支河段由于下泄的徑流量少，河槽呈喇叭形，潮汐能量快速集中，加之反射潮汐的疊加，潮差加大，平均潮差要比崇明島南側大50 cm左右，青龍港與靈甸港之間在大潮期間經常出現涌潮現象，其最大值可達1 m以上。平均潮差在2.5～3.5 m之間，納潮面積可控在453 km2，最大潮差5.95 m，平均每一潮位的吞吐潮量為26億m3，平均每日從長江上游流入的淡水徑流量為1.64億m3，蘊藏著豐富的能源。

表3 潮汐能能量評估計算值

據多年資料估算統計（見表3），崇明島北部、南部和東部潮汐的平均密度分別為111萬kW，159萬kW，830萬kW，潮汐能密度為1.3～1.7 kW/km2之間，年發電量約40億kWh的潮汐電站，是上海未來潮汐能發展潛力之一。

1.3.4 生物質能

崇明島是上海的農業縣，蘊藏著十分豐富的農作物秸稈、牲畜糞便、林木廢棄物、城市垃圾、污泥等生物質資源。據估算崇明島每年農作物秸稈量就可達36.9萬t以上，考慮三分之一作為可再生能源利用，相當于5.46萬t標準煤；如果將牲畜糞便一半用來肥田，一半用來作為可再生能源加以利用，可提供電力37 MW，提供其他能源7.37萬t標煤；加上其他林木廢棄物、城市垃圾、污泥等生物質，總資源量相當于15萬t標準煤，為“綠色能源島”建設儲備了豐富的資源。

1.4 技術保障

我國的熱電冷三聯供系統雖是最近幾年才發展起來，但濟南、南京、上海等多個城市已有不少成功的案例，目前“能源島”——熱電冷三聯供系統技術在國內已基本成熟。

可再生能利用方面：自20世紀80年代，風電、太陽能、現代生物質能等技術應用和產業在政府的支持下穩步發展，小水電、太陽能熱水器、小風電等一些可再生能源技術和產業的發展已經走在世界的前列。相對化石能源而言，可再生能源的能量密度較低、分散，而且目前的可再生能源利用系統規模小、能源利用率低，作為集中供電手段難度較大，而“能源島”系統規模小，因此適合與可再生能源相結合。

圖2 潮汐能分布示意圖

2 “綠色能源島”綜合效益分析

2.1 節能與減排效益

“能源島”實現能源綜合梯級利用，能源利用率高，具有非常好的節能效應，大型發電廠的發電效率一般為35%～55%，扣除廠用電和線損率，終端的利用效率只能達到30%～47%。而分布式能源系統的能源利用率可達到80%以上，沒有輸電損耗。

“能源島”對環境友好，其燃料多元化，為可再生能源利用開辟了新方向。分布式能源系統一般采用清潔燃料做能源，同時以其高效率可以實現環保效益。按照美國能源部CCHP2020綱領的描述，部分新建建筑采用CCHP后，可以減少19%的CO2排放。

2.2 社會經濟效益

根據孔祥強[5]等人的研究表明,基于熱氣機的冷熱電三聯系統年凈收益幾乎是傳統分供能系統的2倍，而且投資回收期為6.42 a，比傳統分供系統6.73 a短。同時系統經濟效益與余熱利用率有很大關系，當余熱全部得以利用時，系統投資回收期僅為2.23 a。

“能源島”與集中能源系統相比，沒有能源遠距離輸送引起的輸配損失以及相應的輸配系統投資，經濟性好，為終端用戶提供了靈活、節能型的綜合能源型服務。

同時“能源島”彌補大電網安全穩定性方面的不足。在用戶近旁直接安置分布式能源系統，與大電網配合，可以大大地提高供電可靠性，在電網崩潰和意外災害（例如地震、暴風雪、人為破壞、戰爭）情況下，維持重要用戶的供電，可再生能源利用潛力計算結果見表4。

3 “綠色能源島”開發建議

3.1 開展技術攻關

目前我國“能源島”——熱電冷三聯供系統技術已基本成熟，可再生能源利用技術在政府的支持下也穩步發展，部分技術實現了商業化，但與國外發達國家相比，無論在技術、規模、水平還是在發展速度上，仍存在較大的差距，主要是：一方面多數可再生能源技術發電成本過高和市場容量相對狹小，成本高，抑制了可再生能源市場；反之，市場狹小又會給可再生能源的成本降低造成障礙，形成惡性循環，使可再生能源產業的發展陷入困境。另一方面由于投入太少，缺乏足夠的資金進行開發和研究，不少關鍵設備不得不依賴進口，導致產業化、商業化程度低，發展緩慢。

因此建議將以可再生能源為基礎的能源島發展列入各級政府的產業發展和科研攻關計劃，并納入財政預算，依靠科技進步、產業競爭，提高元件的轉換效率，降低生產成本，改進系統的穩定性和兼容性，最終實現商業化。

表4 崇明三島可再生能源利用潛力計算結果

3.2 政策支持

發展以可再生能源為基礎的能源島，應當要有有力的政策支持，主要有如下幾方面：一是關于管理類的政策。能源島系統只要在技術上符合并網要求的，電力系統要允許其接入系統。能源島系統上網的電價要由政府核定，要考慮環保效益。二是財政支持類的政策。由于該系統以可再生能源為原料，沒有燃料進項抵扣，如與化石能源同樣征收17%的增值稅率，實際上是加重了可再生能源的稅負。建議對各種可再生能源和小水電一樣實施6%的增值稅率。三是實行多種形式的投資機制。包括鼓勵個人和合作所有制。四是信息傳播，包括資源、政策支持等，及時廣泛傳播，使多方面投資者能有平等的機會進入市場競爭。

4 小結

以可再生能為基礎的“能源島”對節約能源、保護環境及提高經濟效益具有重要意義，能否最大限度挖掘可再生能源、提高能源利用率成為經濟發展的重要因素。“能源島”系統也因其規模小，適合與可再生能源相結合。而崇明得天獨厚的自然環境、良好的投資環境、豐富的可再生能源為崇明“綠色能源島”示范區建設提供了堅實的保障，若在財政給予扶持、技術上給予保障，以可再生能為基礎的“能源島”必將是我國調整能源結構、保護環境、增強能源安全、實現可持續發展的戰略選擇。

[1]陳康民，蔡小舒，戴韌.能源島—分布式熱電冷三聯供的進展與實踐[J].上海理工大學學報，2004，26(5)：385-387.

[2]俞善慶.崇明島—未來可再生能源基地[J].能源技術，2006,27(1)：13-19.

[3]俞海淼，周海珠，忻聞.崇明島風力資源分析與評價[J].可再生能源，2008,26(3)：76-79.

[4]將潤花.分布式能源系統研究[D].北京：中國科學院研究生院，2009.

[5]孔祥強，王如竹，李瑛.基于熱氣機分布式冷熱電三聯供效益分析[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

我國近海海洋綜合調查與評價專項資助項目——“蘇滬沿海海洋風能調查與研究”

陳美榕（1964—），女，高級工程師，主要從事海洋環境綜合評價與開發。Email：cmr0902@163.com