我國海水抽水蓄能電站示范項目選擇及開發研究

張皓天，吳世東，芮德繁，張 東

（1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江省杭州市 311122；2.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南省長沙市 410014）

我國海水抽水蓄能電站示范項目選擇及開發研究

張皓天1，吳世東1，芮德繁1，張 東2

（1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江省杭州市 311122；2.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南省長沙市 410014）

我國具備建設海水抽水蓄能電站的優越條件，在我國開展海水抽水蓄能電站研究具有一定的前瞻性和必要性，可為布局我國海水抽水蓄能電站及開發建設等相關決策提供依據。本文介紹了國內外海水抽水蓄能電站研究現狀，在普查我國海水抽水蓄能資源分布和初擬站點的基礎上，結合我國新能源發展布局和要求，通過綜合分析比較，選擇海水抽水蓄能示范項目，并對其開發模式進行初步探討。

海水抽蓄；示范項目；開發模式

0 引言

海水抽水蓄能電站以海水為介質，一般情況下，利用海洋作為下水庫，在地形高差較大、站點地理位置與建設條件較優的海岸陸地或島嶼上修建上水庫以及相應的輸水發電系統等建筑物，是一種新型抽水蓄能電站，具備占地面積小、水源充足、節省下水庫建設等優點。海水抽水蓄能電站作為常規抽水蓄能電站開發的重要補充，逐步受到海島、臨海國家的重視。

我國海岸線綿長，島嶼眾多，具備建設海水抽水蓄能電站的優越條件。隨著我國沿海地區核電、海上風能、潮汐能、潮流能、太陽能等新能源的開發，配套建設海水抽水蓄能電站不僅可以滿足遠離能源基地、能源資源條件匱乏的沿海及海島嶼地區用電需求，優化電源結構，而且對于沿海及海島地區構建安全、穩定、經濟、清潔的能源供應體系具有重要作用。海水抽水蓄能電站涉及海岸線利用、海洋漁業和海事管理、生態環境、國防等多方面因素，建設條件和社會環境因素相對復雜，電站開發建設日益困難，因此，在我國開展海水抽水蓄能電站選擇和開發研究具有一定的前瞻性和必要性，可為布局我國海水抽水蓄能電站及開發建設等相關決策提供依據。

1 國內外海水抽水蓄能電站研究概況

日本是研究海水抽水蓄能電站最早的國家，日本從20個世紀60年代便開始對海水抽水蓄能電站進行調查和可行性研究工作，通過初步研究和選址調查，1999年，日本在沖繩建造了世界上第一座海水抽水蓄能試驗電站，積累了大量的海水抽蓄電站建設和運營經驗，其技術水平已具備建設更大規模的商業化電站的可行性和可靠性[1]。近年來，其他臨海國家也進行了海水抽水蓄能電站的相關研究：印度尼西亞提出了East Java 海水蓄能電站方案，相關部門就工程造價、經濟與環境分析、社會影響分析等進行前期論證工作，并邀請了日本相關公司做技術論證；愛爾蘭Organic電力公司對愛爾蘭西北部進行了海水抽水蓄能的前期研究，主要為了配合該地區的風電及潮流能；蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學對蘇格蘭東北部進行了海水抽水蓄能選址研究，并初步對兩個站址進行比選；葡萄牙里斯本技術大學研究在葡萄牙圣米格爾島建設海水抽水蓄能電站，并分析其與可再生能源聯合運行；希臘克里特技術教育學院風能和聯合電站實驗室對海水抽水蓄能電站前期設計進行研究，提出了海水抽蓄選址的合理地形參數；智利Valhalla電力公司開展了智利北部EDT海水抽蓄與太陽能聯合電站研究[2-5]。此外，美國、日本和愛沙尼亞對地下式海水抽水蓄能電站建造的可行性進行了初步探索。

海水抽蓄電站的選址研究在我國尚處于起步階段，2013年水電水利規劃設計總院組織相關單位開展全國沿海地區海水抽水蓄能開發潛力評價工作，2015年中國電力建設股份有限公司開展了我國海水抽水蓄能電站資源普查和選點規劃的研究工作[6]。石文輝對我國建設海水抽蓄電站進行了初步研究并提出了沿海地區海水抽蓄電站的選址建議[7]。柴建峰對我國海水抽水蓄能電站的建設條件進行了初步分析[8]。

2 我國海水抽水蓄能電站示范項目選擇

海水抽水蓄能電站項目選擇工作按初擬站點—普查站點—主要站點—典型站點—推薦站點等層次開展：即通過對全國海水抽水蓄能站點進行普查，根據地理環境、地形、地質、地貌、水文條件、成庫條件、距高比等方面要求，擬定基本具備海水蓄能電站建設條件的初擬站點，進一步考慮區域地質條件和環境影響因素，篩選出海水抽水蓄能普查站點；在此基礎上，重點結合地形、工程布置等方面條件，經過內業初選，選擇條件較好的主要站點進行現場查勘；結合社會環境影響分析，確定典型站點；經詳細技術經濟綜合比選，推薦示范項目。

2.1 示范項目選擇原則

根據建設海水抽水蓄能示范電站的基本條件，按照需求、建設條件、環境影響、建設征地移民安置和技術指標等因素，擬定示范項目選擇原則如下：

2.1.1 建設需求及意愿

宜選擇調峰電源缺乏的沿海地區，特別是供電保證程度較低的島嶼地區；對于規劃建設風電、太陽能等電源和有人類經濟活動的海洋島嶼，應予以重點考慮。地方政府有較為強烈的建設和開發意愿。

2.1.2 建設條件

選擇有建壩成庫的地形條件建造上水庫，其中島嶼站點可選擇具備開挖成庫的地形條件，且均要避開具有重大工程地質問題的區域。具有運輸大型設備的交通條件和布置施工場地的地形條件。應盡量避免將下庫進水口選在泥粉質淤沙較多、海沙含量較大的海域。

2.1.3 環境影響及建設征地移民安置

盡量避開環境影響敏感區域，降低電站建設對環境的影響程度。盡量減少上水庫淹沒損失，避免淹沒軍事設施、風景名勝區、自然保護區、大型工礦企業、城鎮或人口密集區域。

2.1.4 主要技術指標

因海水抽水蓄能電站為新型電站，我國目前還沒有該型電站建成，裝機容量不宜太大；為保證一定發電水頭并減少上水庫規模，站點天然落差應大于100m；上、下水庫水平距離盡量短，以減少輸水系統的工程投資和電能損失，站點的距高比控制在10以內。

2.2 示范項目選擇歷程

經過前期普查，共選出424個初擬站點（不含香港、澳門特別行政區及臺灣省），普查范圍約37000km2。針對初擬站點，考慮區域地質條件和環境影響因素，進一步篩選238個普查站點。在普查站點基礎上，重點結合地形條件、工程布置等建設條件進行篩選，并考慮站點的交通條件、開發價值、需求現狀、多能互補開發及潛力等多方面，從中篩選出條件較好的25個站點進行詳細查勘，另外，結合海南省三沙市永興島及其附近島嶼地形條件，提出了永興島站點建設地下式海水抽水蓄能電站的初步構想。從站點技術經濟條件和社會環境因素綜合分析，福建省的浮鷹島和口門，廣東省的上川島、南澳島、萬山島和三門島，浙江省的桃花島、龍潭、青天灣、小畚斗和天燈盞，江蘇省的大龍頂，山東省的炮臺東，廣西壯族自治區的潿洲島14個站點條件較好，可作為海水抽水蓄能電站主要站點。

經過進一步比選可知，福建省福州市口門、江蘇省連云港市大龍頂、山東省威海市炮臺東為近海資源站點；浙江省小畚斗和廣東省三門島站點對外交通條件較差、島內用電需求較小；廣西壯族自治區潿洲島站點發電水頭較低、地質條件相對較差，裝機規模較小。雖然口門、大龍頂、炮臺東、小畚斗、三門島和潿洲島等6個站點具備海水抽水蓄能電站建設的基本條件，但不具備試驗示范項目的典型性和代表性，而福建省浮鷹島，浙江省桃花島、龍潭、青天灣和天燈盞，廣東省上川島、南澳島和萬山島等8個站點具備作為示范項目的典型性和代表性，從中選擇海水抽水蓄能電站示范項目。我國海水抽水蓄能電站典型站點主要技術經濟指標如表1所示。

從建設需求及意愿、建設條件、環境影響、建設征地移民安置和技術經濟指標等方面對典型站點進行綜合分析，福建寧德浮鷹島站點具有建設海水抽水蓄能電站的需求，地方政府有較為積極的建設意向，地形地質條件、下庫進/出水口布置條件、施工條件、接入系統條件較好，可以配合島上新能源運行，裝機容量適當，距高比較小，單位千瓦投資相對較低，水庫淹沒及環境影響較小。因此，擬推薦福建寧德浮鷹島站點作為我國海水抽水蓄能的示范項目，應視地方經濟發展及電力市場需求適時開發建設。

3 示范項目工程建設方案

福建寧德浮鷹島站點位于福建省寧德市霞浦縣海島鄉里澳村西南側，距寧德市直線距離約為58km，該站點位于寧德市東部海域的一個獨立島嶼上，島上在建浮鷹島風電場（48MW）。上水庫庫盆位于浮鷹島天牛頂西南側打鐵坑山坳內，直接利用東海作為下水庫。

上水庫正常蓄水位149m，死水位127m，調節庫容88萬m3。大壩壩型初擬采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程153.00m，大壩最大壩高66.5m。上水庫采用全庫盆防滲型式，庫岸主要為巖質邊坡，初擬采用“全庫盆掛網噴15cm厚混凝土”的防滲型式。

輸水系統主要建筑物包括上庫進/出水口，引水上平洞、引水斜井段、引水下平洞、引水鋼岔管、引水支管、尾水支管、尾水鋼岔管、尾水隧洞、下庫進/出水口等；上、下庫進/出水口之間輸水系統總長約727.6m。地下廠房為中部開發方案，主副廠房、安裝場、主變室布置于同一洞室內。

下水庫系利用東海，進/出水口海岸線呈陡崖狀，進/出水口采用岸塔式，共設一個檢修閘門。

電站平均毛水頭為139m，裝機容量42MW，安裝2臺單機容量21MW的單級混流可逆式水泵水輪發電電動機組，距高比（L/H）約為4.3。

上水庫庫盆內無人口、房屋和專項設施，水庫淹沒土地主要為灌木林和松、杉等用材林。不涉及風景名勝區、自然保護區、飲用水水源保護區、地質公園等環境敏感區。從環境保護的角度來看，浮鷹島站點不存在環境制約因素。浮鷹島站點施工安排總工期為3年6個月，其中準備工期為3個月，從工程開工到第一臺機組發電工期為3年3個月。工程的單位千瓦投資（靜態）約為18745元/kW。

4 示范項目開發模式分析

浮鷹島站點將是我國國內第一座以海水為介質的抽水蓄能電站，是一座示范工程，通過其建設和運營，可以掌握涉海領域關鍵技術，可以保障島嶼電力供應和推動國防安全建設，促進海洋及能源綜合開發。雖然目前示范項目的財務指標差、財務生存能力弱，但其建設的示范作用和今后相關技術推廣的價值較大，可以尋求國家、企業和行業等相關部分的支持。同時，利用浮鷹島自身及周邊資源，以海水抽水蓄能示范項目建設帶動海島的整體開發，實現島嶼綜合開發效益轉移。

4.1 示范項目建設相關方分析

從海水抽水蓄能電站示范項目的前期研究、工程建設和運行管理的全生命周期來看，需要國家行業主管部門、地方政府、項目投資方、項目設計單位、設備廠商等多個部門或多家單位共同參與，其中，國家行業主管部門和地方政府是示范工程建設和運行的指導方，為示范工程建設提供優惠政策支持；項目投資方需要負責項目建設資金的落實；項目設計單位需要從工程建設專業技術保障方面為示范工程提供整體服務；設備廠商需要充分考慮海水抽水蓄能電站示范工程的特殊性，研究適合以海水為介質的抽水蓄能電站的金屬材料和水泵水輪機組。

4.2 島嶼綜合開發效益轉移分析

以項目建設帶動整島開發是一個系統性的工程，工程建設前期需要多種資源相互補償。浮鷹島風電項目投資效益較好，海水抽水蓄能電站建設能更好地提升風電利用效率，由于島上的風電項目已經處于開發建設中，考慮加快海上風電資源開發，通過海上風電項目開發支持示范項目建設。同時，浮鷹島海水抽水蓄能電站建設對旅游產業的帶動作用最為明顯，每年帶來大量的旅游觀光客和旅游收入，可以通過海水抽水蓄能電站與整島旅游開發同步進行，建設以能源科普觀光、海島特色小鎮為一體的、以海水抽水蓄能電站為核心的特色海島，通過海島綜合開發，考慮旅游開發投資商支持示范項目建設。經過多方資金補償，可為海水抽水蓄能電站示范項目提供可觀的建設費用。

5 結論與展望

我國具備建設海水抽水蓄能電站的優越條件，在我國開展海水抽水蓄能電站選址研究具有一定的前瞻性和必要性，經過綜合比選，推薦福建寧德浮鷹島站點作為我國海水抽水蓄能電站的示范項目，應適時開展進一步工作。

海水抽水蓄能電站的選址和開發研究在我國尚處于起步階段。與常規抽水蓄能電站相比，海水抽水蓄能電站規模相對較小，單位千瓦投資較高，在借鑒國外同類工程建設、運行管理經驗的基礎上，還需進一步對示范項目的經濟效益、環境影響等方面進行評估和分析。從技術層面和市場行為來看，當前需要國家、地方和其他各相關方以戰略的眼光和決心投入到示范項目中來，共同促進示范項目工程建設，推動我國海水抽水蓄能事業進一步發展。

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2017-08-01

2017-09-21

張皓天（1988—），男，注冊土木工程師（水利水電工程規劃），主要研究方向：水電水利工程水能規劃設計。E-mail：370124511@qq．com

吳世東（1979—），男，教授級高級工程師，主要研究方向：能源規劃設計。E-mail：wu_sd1@ecidi．com

芮德繁（1978—），男，高級工程師，主要研究方向：水電水利工程水能規劃設計。E-mail：rui_df@ecidi．com

張 東（1973—），男，高級工程師，主要研究方向：水力動能設計。E-mail： 52624311@qq．com

Study on Selection and Development of Demonstration Project of Seawater Pumped Storage Power Station in China

ZHANG Haotian1，WU Shidong1，RUI Defan1，ZHANG Dong2
(1.Power China Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou 311122，China; 2. Power China Zhongnan Engineering Corporation Limited，Changsha 410014，China)

China has favorable conditions for the development of seawater pumped storage power station （SPSPS）. Conducting studies on SPSPS has certain prospect and necessity in China as it can provide the decision-making basis for the layout and development of SPSPS. In this paper， the state of the art studies on SPSPS in the world were introduced. Based on the analysis of the distribution of seawater pumping energy resources and the preliminarily proposed sites in China， along with the development planning and requirements of new energy in China， a seawater pumping energy storage demonstration project was selected after comprehensive analysis and comparison， and its development mode was discussed.

seawater pumped storage power station； demonstration project； development mode

TV743

A學科代碼：570．99

10．3969/j．issn．2096-093X．2017．05．002