斯旺西灣的潮汐能開發

1 工程介紹

擬建的瀉湖工程位于尼思(Neath)河引渠(流向尼思河港口和蒙克斯特恩航海俱樂部碼頭)與塔威(Towe)河(流向斯旺西港口和斯旺西碼頭)之間。塔爾伯特(Talbot)港口就座落在瀉湖的東南。因此，航海與航運對于該地區非常重要，在工程建設時也得到了充分考慮。工程開發商就曾與皇家快艇比賽協會針對瀉湖地區的淤泥問題、修建安全區的必要性以及修建水輪機室天然隔離帶計劃等進行了探討。如果沒有天然隔離帶，就需要用線和浮標在水輪機周圍400 m范圍內標記出隔離區。

擬建的斯旺西灣潮汐瀉湖工程(Swansea Bay Tidal Lagoon)是英國規劃的系列沿海潮汐發電工程的第一個。潮汐瀉湖電力有限公司技術負責人稱，在北威爾士和布里奇沃特灣潛在工程地點修建潮汐能發電站后，公司能夠向英國輸送10000MW的潮汐能電力。他說，從現在起到2023年，英國將有16座電站的使用壽命到期，相當于英國發電總裝機的四分之一。

這意味著在2015年之后，英國滿足全國電力需求的能力將大大下降。而修建潮汐發電站可以充分利用海洋這一重要的自然資源，滿足英國10%的基礎電力需求，因此，此時考慮潮汐能的開發利用恰到時機。

這位負責人補充說，堅信潮汐能是一種可以大規模替代傳統化石燃料與核電的可靠能源。潮汐發電工程結合了最先進的技術和土木施工方法，以創新的組合方法生產出可預測的清潔電力，造福子孫后代。

斯旺西灣潮汐瀉湖工程的額定裝機容量為240MW，其年凈輸出電量為400 GW·h左右，大約可以滿足121000戶家庭的用電需求，超過了斯旺西鎮的年家庭用電總量(大約109000戶家庭);相當于斯旺西灣年家庭(斯旺西鎮、尼思河港口和塔威河港口大約有173000戶家庭)用電量的70%左右;相當于威爾士年家庭用電量的大約9%(按1369000戶家庭計算)。

除電力生產外，這項耗資6.5億英鎊的工程還可以提供參觀游覽設施和其他福利設施，包括藝術、教育、海產養殖、運動休閑設施等。海堤也可在白天向公眾開放，用于散步、跑步和騎車等。

由于該項目是裝機容量超過100MW的近海發電站，因此被納入了2008規劃法案中的國家重點基礎設施項目(NSIP)。根據2008規劃法案，此類項目的施工必須先向規劃檢察官(PINS)提交申請，并由國家能源與氣候變化部部長簽發“同意開發令”(DCO)方可實施。

由于項目位于威爾士沿海水域，還須獲得由“威爾士自然資源海洋許可小組”代表威爾士政府頒發的海洋許可證。對于超出NSIP和DCO權限之外的項目內容，還必需獲得地方規劃審批機構——斯旺西市及郡議會(CCSC)或尼思和塔爾伯特港市鎮議會(NPTCBC)的許可。

2 工程地點選擇

之所以選擇斯旺西灣作為工程地點，是因為該地區具備修建瀉湖的必要條件——水淺而潮差大。塞文(Severn)河河口的潮汐差高居世界第二，斯旺西灣的潮汐差可達10 m以上。此外，這里的海床坡度平緩(便于施工)，同時又靠近人口中心，可以最大限度地減少輸電過程中的損失。

3 瀉湖潮汐能發電方式

為利用海水發電，需要在瀉湖圈出一個11.5km2的水面，以便修建1座長 9.5km的U型海堤，使其從斯旺西灣延伸到海洋、再折回到斯旺西大學新建的科學與創新校區(SAIC)附近的陸地。

這座高5～20 m的海堤，心墻將采用充沙土工管袋進行施工，海堤表面將根據海水的深淺覆蓋不同直徑的護面塊石。

修建海堤的沙土將直接從瀉湖工程地點開挖取材，用于保護海堤的護面塊石將從海上運輸。水面以上海堤高度為3.5 m，堤上可通公路，用于瀉湖的運行維護，也可供公眾參觀游覽。

在海堤的西南部將布置一個水輪機室與閘門設施，在水輪機室內將裝設16～22臺永久水下水輪機(直徑7～8 m)，以在漲潮和退潮時發電。還將安裝10個左右的閘門，這樣可以使海水在必要時不經過水輪機即可直接進出瀉湖。

在海水漲潮發電前，需先將水擋在瀉湖之外2 h 5 min左右，以形成水頭。一旦形成了足夠的水頭，就可以將水放進瀉湖并帶動水輪機進行發電。退潮發電的過程也是如此，必須等瀉湖外的潮位降低到一定水平以形成足夠的水頭，才可以從瀉湖放水發電。

當退潮或漲潮快結束時，閘門便會打開，以便能盡快在下一次水位漲落之前將瀉湖蓄滿或排出多余的海水，從而使瀉湖內外的海水水位盡可能保持相同水平。這樣做可以使發電量最大化，也可以使瀉湖內外的環境盡可能接近。

為使湖內外水位相同，也可以在漲潮或退潮接近尾聲時采用水泵抽水的方法。

這種發電方法將按潮水漲落的次數進行，每日共發電4次。所生產的電力將通過地下電纜輸送到離此最近的國家電網白歌蘭(Baglan)變電站。電纜預設在海堤內，沿已建公路或道路鋪設到尼思河，然后進入變電站。

4 合作伙伴

潮汐瀉湖電力有限公司為私營公司，由總裁M.肖洛克個人注資成立。M.肖洛克是一位新能源領域的企業家，已注資4家新能源公司。

國際頂尖的科斯坦(Costain)公司、阿特金斯集團(Atkins)與荷蘭V·諾德(Van Oord)公司均已和潮汐瀉湖電力有限公司簽署合作協議，擬共同進行瀉湖工程的設計、施工與交付。

科斯坦公司是英國一流的工程咨詢機構。該公司將與其他合作伙伴一起，以最優的工程方案對斯旺西灣潮汐能開發工程的交付進行協調與管理。其任務包括制定與管理準備階段與施工階段的工作計劃，為水輪機、閘門、道路等土木工程制定施工方中，包括為修建水輪機室而搭建的臨時碼頭等綜合臨時工程。

阿特金斯集團在能源、水、海洋與城市發展等多個市場領域擁有75a的設計、施工與項目管理咨詢經驗。該公司已與潮汐瀉湖電力有限公司合作進行了18個月的整體項目可行性考察，并已受委托為該項目提供工程設計與巖土技術咨詢，其中包括水輪機機室和新型防波堤的設計以及海床的地質勘測。防波堤結合運用了大型管沙袋和不同直徑的護面塊石。

V·諾德公司是一個專業致力于挖掘工程、海洋工程與近海工程(石油工程、天然氣工程和風力發電工程)的新型國際承包商，有百余年的從業經驗，曾參與眾多地標性工程，如荷蘭三角洲計劃中的擋潮閘工程、香港赤邋角國際機場工程、迪拜的朱美拉棕櫚島工程以及北海的若干海上風力發電工程等。V·諾德公司正與潮汐瀉湖電力有限公司合作，以共同研制適合斯旺西灣復雜近海狀況的新型施工方法。

5 環境評估

正式磋商剛剛結束，對社區意見的征詢也已接近尾聲，按計劃，潮汐瀉湖電力有限公司應當在2013年末提交規劃申請。如能順利獲得批準，工程將最早于2015年4月動工，并將在2017年正式并網發電。

2013年7月，發布了斯旺西灣潮汐瀉湖工程《初期環境信息報告》。報告涉及的部分關鍵環境問題如下。

5.1 海岸演變、泥沙輸移與污染

正在進行一項具體的模型研究，以深入了解項目的最終設計對海洋環境可能造成的改變。同時還利用項目收集的有關數據對研究區域一組相關計算模型進行率定和驗證，其中有2個模塊是海岸演變過程研究的基礎。

進一步收集了研究區域包括海堤工程采沙區的泥沙質量數據。采集數據包括表面和深層泥沙質量，用于泥沙輸送建模和污染評估。

針對項目施工、運行和拆除過程中對斯旺西灣及更大范圍內的潛在影響，采用了計算機模型進行評估。

5.2 水 質

斯旺西灣是休閑旅游勝地，有2個海濱浴場，高爾(Gower)海岸附近更多。此地還是貝類養殖基地，因此水質尤其重要。瀉湖本身應該不會對海水造成污染，但工程對灣內水循環的改變會影響到水質，也會對附近污水處理廠延伸到瀉湖地區的已建排污管道產生影響。

通過對瀉湖形狀及水輪機和閘門位置的精心設計，可以盡可能減少這些問題產生的影響。現有計算機水質模型可針對不同設計方案對這些問題產生的影響進行模擬測試。

模擬結果顯示，瀉湖的潮汐能開發建設對水循環的影響程度并沒有預計的嚴重，但到雨季，會使雨洪從污水處理廠的排水口流出，進而對瀉湖以及整個斯旺西灣的水質造成影響。如不對此進行處理，在強降雨后，瀉湖地區的水質將不適于開展接觸性水上運動。為減輕這一影響，提出如下建議:

(1)增加一個雨洪儲存設施，將污水溢流事件控制在每a 1次以下。

(2)或者安裝紫外線消毒裝置對溢流水質進行處理，以達到《歐盟洗浴用水指令》規定的最低“達標”水平(安全游泳的最低標準)。

具體的水質評估建模工作正在進行當中，將利用新近的現場具體考察數據以及由斯旺西市鎮和阿伯里斯特維斯大學(Aberysrwyth University)在智能海岸項目中收集的數據，對現有計算機模型進行升級。

5.3 潮間帶與潮下深海生態

正開展關于海灣沙灘及海床海洋植物與動物環境的具體評估。盡管施工地點與任何生態保護區都沒有交叉，但是在海灣內有2處海洋生物保護區，分別是布雷克皮爾科學保護區(Blackpill SSSI)和克林姆蓮科學保護區(Crymlyn Burrows SSSI)。此外，整個斯旺西灣還有一些重要的生態物種，如蜂巢狀珊瑚蟲(Sabellaria alveolata)和本地牡蠣(Ostrea edulis)等。

將在各個工程環節上采取措施，盡可能減少工程建設的潛在影響。如在施工方法的環節方面，使用充沙土工管袋施工，可盡量減少施工過程中的懸浮泥沙。另外，項目團隊也在研究一些生態修復措施的可行性，如將本地牡蠣再次引進斯旺西灣，以及移植蜂巢狀珊瑚蟲等。新的潮間帶及潮下巖石棲息地的引進，應該也會對該片海域有益。

5.4 魚 類

游樂、經濟和回游漁業是斯旺西灣及更大海域的重要考慮。施工期間由于噪聲和泥沙的增加，會對魚類和貝類造成暫時的影響。工程建設中將盡可能采取措施消除這些影響。

客觀上，瀉湖不會堵塞任何河口，但其對回游魚類的影響尚在研究中。

項目團隊目前正在針對一些關鍵魚類建立相關的計算機模型，以考察其行為和卷吸模式。選擇適當大小的水輪機葉片(直徑約7～8 m)并降低轉速(約60 r/min)，這就意味著可以有更大的空間讓魚類游過水輪機。模型研究可讓人們對此有更好的了解。另外，在漲潮或退潮后期開啟閘門，也可以給魚類自由進出瀉湖的時間。

5.5 海洋哺乳動物

對工程將給對海洋哺乳動物和海龜產生的影響正在具體評估中。斯旺西灣最常出現、數量最多的海洋哺乳動物是港灣鼠海豚，也有灰海豹較多出沒的記錄。盡管布里斯托灣也有一些其他動物出現的記錄，如真海豚，但這些動物很少在斯旺西灣近海岸邊看到。

針對工程的施工、運行和拆除階段對上述動物可能產生的影響也正在進行初步評估。這些潛在影響包括:

(1)碰撞風險;

(2)視線受阻及噪聲或震動干擾;

(3)相對基線條件的水質變化的影響;

(4)有毒污染。

工程將盡可能采取措施減輕上述影響。

5.6 沿海鳥類

工程區在施工期間將會造成局部干擾，影響鳥類的覓食和棲息。海堤施工時間計劃為4月到10月期間，會盡可能減少對過冬鳥類的影響。

由于瀉湖工程范圍大，不可能在所有地方同時進行施工，因此也會減少對鳥類的潛在干擾。盡管如此，對于施工可能帶來的整體影響仍在接受環境影響評估。

5.7 海洋景觀與陸地景觀影響評價

項目相關的岸上及近海工程正在接受一項“海洋景觀與陸地景觀視覺影響評價”(SLVIA)。同時，針對工程對15km內海洋景觀與陸地景觀的特點及視覺景象(某特定區域或景觀的視覺價值)可能會產生的影響也正在開展評估。