潮汐能開發利用的新概念

在亞洲，潮汐能的理論蘊藏量接近傳統的水電蘊藏量，但是潮汐能電站所提供的電能卻僅僅只有 0.5 TW·h/a，而水電站所提供的電能為1 500 TW·h/a。

目前，研究潮汐能技術開發方案的費用一般都比較高。

對于開發潮汐能，沿海岸線即可以形成大型的水庫，但是相應可利用的潮汐水頭通常比傳統水輪機經濟有效的利用水頭要低：水頭低于3～4 m的燈泡式機組的成本很高，而水庫的最佳利用水頭為1～2 m。俄羅斯正交渦輪機似乎更具有吸引力，然而相關的土建工程成本仍然很高，且對于亞洲的大多數潮差來說，其造價更高。

水輪機本身的制作成本不是很高，但是水流的速度通常不足，而且在海洋開放的運行條件下，進行大規模開發的成本太高。

1 新方案概述

正如在最近發行的《水力發電與大壩》期刊中所描述的那樣，這種新方案在亞洲具有美好的前景，不僅潮差超過6 m的潮汐具有經濟可行性，而且對于潮差在3～6 m之間的潮汐同樣也具有經濟可行性，這類潮汐在多數亞洲國家更為普遍。

該方案是利用沿海岸形成的大型水庫，水庫通過配備有10排或20排水輪機的寬闊渠道通向大海。這些可以在比如水流速度、海洋狀況、短距離傳輸和維修設施等方面的最佳狀況下運行。水輪機及渠道的單位電能成本實際上與3～6 m的天然潮差的發電成本一樣，這是因為水輪機的成本為國際市場水輪機的正常價格，而且，這些機組都能夠提供3 500～4 000 h/a的額定工作時間。運行的方式主要有兩種，如圖1所示。

圖1 潮汐公園概念兩種運行周期

可以將這種特殊的設計稱為潮汐公園(TG)。

1.1 影 響

庫區內的水位與潮汐幾乎和天然潮汐狀況是一樣的，而且還可以避免巨浪，與可再生能源相關的其他開發形式相比，該方案對環境的影響將會更小。

1.2 效 益

由于該方案的堤壩提供了面積寬廣的平靜海面和海岸防護，因此可能會帶來非常多的間接效益，特別是在亞洲，包括以下幾個方面：

(1) 如果在山區，可以把平靜的小面積庫區以抽水蓄能的形式發展為大規模的儲能設施，這比傳統的抽水蓄能電站將會更劃算。

(2) 將最高天然水位降低1～2 m，這樣在海岸線很平坦的情況下是非常有用的，特別是可以避免海平面上升的影響。

(3) 沿主要堤壩進行疏浚來建設人工島，通過低成本的港口使那里的工業區能夠得到發展。

(4) 風電場、旅游業和養殖業都可以得到發展。

2 亞洲的潛在潮汐能蘊藏量

基于潮差和地形，將會使以下的評估非常接近理論值。單位發電成本包括了水輪機和渠道的修建成本，這在大多數國家都是相似的，但是每座潮汐水庫的主堤壩的建設成本則會由于設計的不同而會有所不同。

根據地形和可能的設計形式，即可以通過粗略估算得到發電成本。對于許多亞洲國家，離海岸約20～30 km的水深(淺灘)是較為有利的，基礎條件(砂、礫石、巖石)通常較為有利。由于很多其他原因，致使下面的評估結果在一些國家將被證明過于樂觀。

針對一些關于采用潮汐公園概念的質疑，將根據在印度、俄羅斯、韓國、巴基斯坦、孟加拉國、越南和印度尼西亞的具體情況開展討論。緬甸和朝鮮也極有可能采用潮汐公園概念。

這些數據都是非常粗略的近似值，但它更容易對每個國家潮汐能的潛在蘊藏量和成本進行更精確的評估。本文的主要目的是使大家注意到對于亞洲常見的潮差，如3～5 m，有可能會采用大型且更合算的方案。

過去，大多數研究主要是針對一些具有更高潮差且規模較小的方案。

2.1 印 度

兩個最好的潮汐發電場址是在卡奇(Kutch)灣和印度西北部的巴夫那加爾(Bhavnagar)，其總面積為4 000 km2，潮差接近5 m，而且發電量可以高達50 TW·h/a。潮汐發電可與重要的儲能設施混合使用，因此大量的太陽能可以與該電站結合起來，這樣，單位電能成本可能會低于100美元/MW·h。

在孟加拉海灣也可以修建潮汐電站，該區域面積非常大，潮差為3 m，海水很淺。該處的潛在潮汐能蘊藏量可以達到幾十億kW·h/a，可以提供防護海岸和控制水位。該電站成本將高于西部電站。

2.2 巴基斯坦

巴基斯坦長達幾百公里的海岸潮差為3～4 m，而且離海岸20 km的水深非常有利于潮汐發電。該潮汐能可以經濟有效地提供10～20 TW·h/a的電能，且具有海岸防護的附加優勢。

2.3 俄羅斯

鄂霍次克(Okhotsk)海潮汐能擁有世界上最大的潛在蘊藏量。位于北部的佩金斯卡(Penzhinskaya)電站估計有80 GW的容量，這意味著其生產的發電量將會超過200 TW·h/a。然而，這片地區及其寒冷，離電能需求中心有3 000 km，且發電成本也將高于南部電站。

在南部地區，研究主要集中在圖古爾斯卡婭(Tugurskaya)潮汐電站，該電站可以提供10～20 TW·h/a 的電能。采用新的解決方案能夠較好地應用于大多數潮差，這將有利于更大規模地利用南部地區的潮汐能，這些潮汐能所生產的發電量可能會高達100 TW·h/a。

擬采用的施工方法實質上是基于預制沉箱和大規模的海洋疏浚，也就是說，大多數的混凝土將位于水下。因此，由于氣候條件和架設長達1 500 km的輸電線路所增加的額外成本，都是可以接受的。到2030年，將以100～150美元/MW·h的成本將該潮汐能所生產的電力輸送至西伯利亞、北海道或哈爾濱。

2.4 韓 國

對始華(Sihwa)潮汐電站及其他一些項目開展了大量研究，研究的關鍵點是考慮潮差很大、規模很小的方案，而且擬采用的燈泡式機組對其發電成本而言很不利。

新潮汐公園的概念同樣適用于3～5 m的潮差，這為西海岸的一個面積約10 000 km2、潮差接近5 m、水深約為20 m、發電量為50～100 TW·h/a的潮汐電站提供了一個潛在的經濟且有效的方案。電站項目可能將會分為幾個階段進行開發。

該方案可以結合儲能設施、風電場、工業開發和海岸保護等各項因素進行綜合開發。電源將會非常接近負荷中心，而且其發電成本也將會低于100美元/MW·h。

2.5 越 南

在越南，潮差約為3 m，對于長度約為300 km的海岸線而言，可利用的潮汐發電量似乎被限制在10～15 TW·h/a。

除了經濟有效的能源供應外，一個關鍵的優勢就是可以優化湄公河河口的水位，從而為大約1 000萬人減少海平面水位上升將會帶來的風險。

然而，還需要考慮堤壩下面的土壤情況。離岸10 km或者20 km遠的土壤狀況，可能比湄公河三角洲地區的情況要好。

2.6 孟加拉

方案研究中所提出的龐大計劃可能不切實際，但也存在著成為現實的可能。

該方案的優點有很多，例如，即使是在大洪水和高潮位期，仍能調節孟加拉國南部的水位。潮汐電站發電量將達到50 TW·h/a，而且似乎也符合效益成本。然而，該方案同時也存在著2個相當明顯的不足：

(1) 投資將會非常高，但在2030年之后，印度可能會消化掉一部分電能以及會承擔一部分相關的投資。

(2) 堤壩下的土壤狀況、設計方案以及發電成本等都具有不確定性因素。

2.7 亞太地區其他國家

印度尼西亞沒有適合的壩址，但澳大利亞則有2個極佳的地方。

(1) 在東部，潛在潮汐能的發電量將超過50 TW·h/a，通過采用潮汐公園方案可以使潮汐發電經濟有效，且電站將非常靠近澳大利亞的主要負荷中心。

(2) 在北部，可以以最低的成本產生100～200 TW·h/a的電能。該壩址離澳大利亞主要能量需求中心約為3 000 km，離印度尼西亞的爪哇島只有1 500 km。這樣生產出來的電能成本約為100美元/MW·h，非常經濟有效。

僅在亞洲，潮汐能就擁有巨大的開發潛能，而且潮汐公園概念將有助于經濟的發展，并且在很多實例中，也提供了一些可能會產生的直接效益。