潮流能并網(wǎng)發(fā)電示范項(xiàng)目選址研究
——以舟山兆瓦級(jí)潮流能示范項(xiàng)目為例

陸 延 ，趙建春 ，蔡 麗 ，史學(xué)利 ，陳國(guó)海

（1. 神華國(guó)華（舟山）發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 舟山 316012；2. 浙江省深遠(yuǎn)海風(fēng)電技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 311122；3. 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力將世界的目光都聚焦到海洋可再生能源上來(lái)。開發(fā)利用海洋能資源成為當(dāng)今世界能源研究的主流方向之一。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，全球的潮流能資源儲(chǔ)量豐富，每年可供開發(fā)的潮流能達(dá)到500～1 000 TWh[1]。我國(guó)的潮流能資源的理論蘊(yùn)藏量也達(dá)到833×104kW[2]（我國(guó)近海99 個(gè)主要水道）。在各類海洋能中，潮流能的能流密度較大，其能量轉(zhuǎn)換裝置的幾何尺度較小，應(yīng)用靈活、建造方便，單機(jī)裝機(jī)規(guī)模最大可達(dá)兆瓦級(jí)；并且資源變化相對(duì)有規(guī)律，可以基于數(shù)值模式進(jìn)行預(yù)報(bào)。此外，潮流能發(fā)電產(chǎn)業(yè)與其他海洋能（不含海上風(fēng)能）產(chǎn)業(yè)相比技術(shù)成熟度較高，現(xiàn)已基本具備了產(chǎn)品化條件，具有樂(lè)觀的產(chǎn)業(yè)前景和廣闊的發(fā)展空間，因此，潮流能普遍受到人們的重視，發(fā)展也較快。特別在我國(guó)沿海的許多海島地區(qū)，因遠(yuǎn)離大陸，電網(wǎng)不能覆蓋，海島居民由于長(zhǎng)期缺乏穩(wěn)定可靠的電能，生活和生產(chǎn)均受到了較大限制。因地制宜開發(fā)其所在海域的潮流能資源，建設(shè)適合海島海域環(huán)境的海洋能發(fā)電系統(tǒng)，將為沿海地區(qū)和海島經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

近幾年在國(guó)家相關(guān)政策資金的支持下，我國(guó)已有多家高校或科研機(jī)構(gòu)在潮流能開發(fā)利用方面進(jìn)行了大量技術(shù)研究。但是已有研究?jī)?nèi)容多集中于潮流能發(fā)電裝置的技術(shù)研發(fā)和階段性試驗(yàn)[3]，在潮流能示范電站建設(shè)方面尤其是關(guān)于項(xiàng)目前期選址的系統(tǒng)性研究還比較少。因此，現(xiàn)階段亟須開展潮流能發(fā)電場(chǎng)址的選址研究工作，為推動(dòng)我國(guó)潮流能資源的商業(yè)化和規(guī)模化開發(fā)進(jìn)程奠定重要技術(shù)基礎(chǔ)。本文將以舟山某兆瓦級(jí)潮流能并網(wǎng)發(fā)電示范項(xiàng)目為例，通過(guò)自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境和工程建設(shè)條件等要素的綜合比選研究，給出示范項(xiàng)目的推薦場(chǎng)址，并提出工程用海和用地規(guī)劃方案。研究成果將為相關(guān)研究人員今后合理比選確定類似潮流能并網(wǎng)發(fā)電示范項(xiàng)目的開發(fā)場(chǎng)址提供參考示例。

1 項(xiàng)目場(chǎng)址初選

目前，舟山海域開展過(guò)潮流能試驗(yàn)的區(qū)域主要有位于岱山縣的高亭水道、龜山水道以及位于定海區(qū)的摘箬山海域，此外金塘水道和西堠門水道也是舟山海域有名的強(qiáng)流水道，潮流能資源條件十分優(yōu)越。其中，高亭水道位于岱山縣岱山本島與對(duì)港山島之間，水深約10～20 m，寬度約100 m，最大流速超過(guò)2 m/s。哈爾濱工程大學(xué)曾分別于2005 年和2011 年在該水道的仙洲橋下開展過(guò)“萬(wàn)向II 號(hào)”40 kW 潮流能發(fā)電裝置和“海明I 號(hào)”10 kW 潮流能發(fā)電裝置的試驗(yàn)工作[4]。龜山水道位于岱山島附近的官山島與秀山島—大牛軛山之間海域，是往來(lái)長(zhǎng)途與舟山島西側(cè)、寧波等地的常用航門，水道呈東西走向，水深約20～85 m，大部分水域水深在40 m 以上。官山島與秀山島—大牛軛山之間的平均寬度約1.4 km。龜山航門是我國(guó)著名的急流區(qū)，國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)曾多次在此開展潮流能發(fā)電試驗(yàn)，如哈爾濱工程大學(xué)主導(dǎo)的“萬(wàn)向Ⅰ號(hào)”（70 kW）、“海能Ⅰ號(hào)”（2×150 kW）和岱山縣科技局主導(dǎo)的“海能III 號(hào)”（2×300 kW）潮流發(fā)電裝置[4-5]。摘箬山位于舟山市定海區(qū)，南臨螺頭水道，北側(cè)與小摘箬山相望。目前，摘箬山附近開展潮流能試驗(yàn)的區(qū)域主要集中在摘箬山與小摘箬山之間的水道，該水道長(zhǎng)度約500 m，寬度約200 m，水深約10～20 m。浙江大學(xué)主導(dǎo)或參與研制的 60 kW，120 kW，300 kW，650 kW 半直驅(qū)水平軸潮流能發(fā)電裝置先后在該水道開展了海試工作[4-5]。金塘水道位于寧波北侖區(qū)與舟山金塘島之間，是進(jìn)出寧波港的重要通航水道。水道內(nèi)水深介于30～80 m，且普遍大于50 m；潮流最大流速普遍大于1.5 m/s，黃蟒島與金塘島之間局部區(qū)域最大流速可超過(guò)3 m/s。西堠門水道位于舟山定海區(qū)金塘島與冊(cè)子島之間，水深介于30～85 m，島間建有西堠門大橋，老虎山西側(cè)為通航區(qū)，老虎山東側(cè)為非通航區(qū)。

針對(duì)上述初選場(chǎng)址海域，經(jīng)收集材料和比對(duì)研究后發(fā)現(xiàn)：（1）高亭水道、摘箬山海域的水深或水道寬度較小，并且已有相關(guān)潮流能發(fā)電裝置在此開展試驗(yàn)，無(wú)法滿足新的兆瓦級(jí)項(xiàng)目的用海需求；（2）龜山水道、金塘水道、西堠門水道雖資源優(yōu)勢(shì)比較顯著，但受現(xiàn)有通航或跨海橋梁工程影響，開發(fā)利用潮流能會(huì)在一定程度上與該海域的交通航運(yùn)產(chǎn)生沖突。綜上可知，舟山海域流速資源較好的一些著名強(qiáng)潮流水道，通常受區(qū)域內(nèi)岸線利用、用海現(xiàn)狀以及水深地形等條件限制，在開發(fā)利用潮流能方面存在較大困難。為了合理選取項(xiàng)目開發(fā)場(chǎng)址，需要針對(duì)其他潛在強(qiáng)潮流水道，開展更為詳細(xì)的場(chǎng)址比選工作。

2 項(xiàng)目場(chǎng)址重點(diǎn)比選

根據(jù)項(xiàng)目組多次現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況以及與地方行政管理部分的溝通對(duì)接成果，項(xiàng)目選址重點(diǎn)關(guān)注位于定海區(qū)的大亮門水道和岱山縣大長(zhǎng)途海域的多子水道。針對(duì)上述兩個(gè)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行潮流能資源調(diào)查與評(píng)估、工程建設(shè)條件分析和環(huán)境影響因素排查等方面工作，最終綜合比選確定擬開發(fā)場(chǎng)址。示范項(xiàng)目選址研究的技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目場(chǎng)址重點(diǎn)比選技術(shù)路線

2.1 重點(diǎn)比選場(chǎng)址概況

多子水道場(chǎng)址位于舟山市岱山縣多子山島與大長(zhǎng)涂島之間水道（圖2-a），該水道寬約620 m，海圖水深在5～40 m 之間，水道西側(cè)存在一個(gè)水深在20～40 m 的深槽，水道東側(cè)水深略小，在10 m 左右。水道整體呈中間小兩邊大的馬鞍形分布，本示范項(xiàng)目場(chǎng)址擬布置于水道西側(cè)水深較大區(qū)域。場(chǎng)址南、北兩側(cè)的大長(zhǎng)途山島和多子山島均隸屬于岱山縣長(zhǎng)涂鎮(zhèn)。大亮門水道場(chǎng)址位于定海區(qū)環(huán)南街道五聯(lián)村所轄大亮門山島與刺山島之間水道（圖2-b），該水道寬約200 m，海圖水深在5～40 m 之間，水道中部較深，兩側(cè)較淺，最深處可達(dá)40 m。本示范項(xiàng)目場(chǎng)址擬布置于水道中部，水深較大、地形較為平坦區(qū)域。場(chǎng)址東、西兩側(cè)的刺山島和大亮門山島均隸屬于舟山市定海區(qū)環(huán)南街道。

圖2 重點(diǎn)比選場(chǎng)址區(qū)域海圖水深示意圖

2.2 潮流能資源調(diào)查與評(píng)估

本文基于丹麥水利研究所（DHI） 研發(fā)的MIKE21 Flow Model FM HD 模塊[6]搭建了二維潮流數(shù)學(xué)模型。該模型采用的潮流控制方程為垂向平均的二維淺水方程，模型空間離散采用有限體積法。

模型計(jì)算所采用的水動(dòng)力控制方程如下：

式中：t 為時(shí)間；x、y 代表右手 Cartesian 坐標(biāo)系；η 為水面相對(duì)于未擾動(dòng)水面的高度，即通常所說(shuō)的水位；h 為靜止水深；H 為總水深為流速在x、y 方向上的垂向平均流速；g 為重力加速度；f為科氏力參數(shù)，f=2Ωsinφ（其中，Ω=0.729×10-4s-1為地球自轉(zhuǎn)角速率，φ 為計(jì)算海域所處地理緯度）；為地球自轉(zhuǎn)引起的加速度；Cz為謝才系數(shù)，Cz=為模型計(jì)算所用曼寧系數(shù)；εx、εy為 x、y 方向上的水平渦動(dòng)粘滯系數(shù)。

本模型模擬的海域南起 29.257°N、北至32.011°N、西起 120.657°E、東至 124.499°E，包括長(zhǎng)江口、杭州灣、舟山群島在內(nèi)。模型采用無(wú)結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格系統(tǒng)，并對(duì)舟山群島重點(diǎn)關(guān)注水道區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行了加密，最小網(wǎng)格分辨率為10 m，開邊界處網(wǎng)格分辨率為5 km（圖3）。模型中水平渦粘系數(shù)采用Smagorinsky 公式估算，相應(yīng)Smagorinsky 系數(shù)取值為0.28 m2/s。模型選用曼寧糙率系數(shù)，不同水深取不同的值，岸邊潮間帶取0.018 左右，外海取0.01左右。模型的時(shí)間步長(zhǎng)為0.01～60 s。模型開邊界根據(jù)MIKE21 全球潮汐模型提供的調(diào)和常數(shù)生成外海潮位過(guò)程；閉邊界處法向流速為零。模型中大范圍水深資料由DHI 的MIKE C-map 數(shù)據(jù)庫(kù)提供，比選場(chǎng)址區(qū)域水深為實(shí)測(cè)獲取的1：2000 水下地形數(shù)據(jù)。

圖3 潮流數(shù)學(xué)模型計(jì)算域示意圖

本模型經(jīng)過(guò)比選場(chǎng)址區(qū)域開展的大范圍多站全潮同步水文測(cè)驗(yàn)資料驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果可以較好反映舟山海域重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目比選場(chǎng)址海域的潮流運(yùn)動(dòng)情況。刻畫給出的漲、落潮流場(chǎng)變化情況與以往研究成果也比較一致。因此，可基于上述參數(shù)模型計(jì)算反演舟山海域90 d 的流場(chǎng)情況，并統(tǒng)計(jì)各特征流速和潮流能功率密度的空間分布情況。

國(guó)外評(píng)估潮流能資源特征時(shí)[7]，常使用特征流速Vrmc，即速度三次方的均方根，可通過(guò)公式（4）求得，該參數(shù)是衡量潮流能功率密度的重要指標(biāo)；平均能流密度ADP（單位W/m2）則通過(guò)公式（5）計(jì)算求得。

式中：Vj為每隔10 min 記錄的各時(shí)刻流速，N為統(tǒng)計(jì)序列的時(shí)間步長(zhǎng)總數(shù)。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示（圖4），多子水道場(chǎng)址區(qū)域的大潮平均流速可達(dá)1.5 m/s，大潮平均功率密度可達(dá)1.2 kW/m2；大亮門水道場(chǎng)址區(qū)域的大潮平均流速可達(dá)2.0 m/s 以上，大潮平均功率密度可達(dá)2.7 kW/m2。總體而言，兩個(gè)場(chǎng)址的潮流能資源技術(shù)可開發(fā)量均可達(dá)到1 MW，滿足兆瓦級(jí)潮流能發(fā)電項(xiàng)目的開發(fā)需求。但是比較而言，大亮門水道的潮流能流密度更大，水深條件也相對(duì)較好。因此從資源條件來(lái)講，大亮門水道場(chǎng)址開發(fā)條件更優(yōu)。

圖4 舟山海域潮流大潮平均功率密度示意圖

2.3 場(chǎng)址工程建設(shè)條件分析

2.3.1 海洋水文氣象 舟山位于中緯度地帶，境內(nèi)氣候受西太平洋、歐亞大陸影響，屬于北亞熱帶南緣海洋性季風(fēng)氣候。冬夏季風(fēng)交替顯著，四季分明。全年多大風(fēng)，春季多海霧，夏秋多熱帶氣旋。由于兩個(gè)比選場(chǎng)址均位于舟山群島海域，氣象條件差異不大。

舟山海域潮汐運(yùn)動(dòng)主要受來(lái)自太平洋的潮波影響，潮汐類型以規(guī)則半日潮為主，淺水影響比較明顯。漲落潮流受地形制約明顯，島嶼間水道潮流流速較大，流向大致與水道走向平行，以往復(fù)流為主，在較寬闊的水道或水域則存在旋轉(zhuǎn)流。一些水道、島嶼和灣口處，因流量集中，流速很強(qiáng)，如金塘、西候門、龜山等水道局部流速均可達(dá)2.5 m/s 以上。從潮流場(chǎng)的空間變化特征來(lái)看，大亮門水道的潮流強(qiáng)度明顯大于多子水道。

舟山海域?yàn)l臨東海，是我國(guó)沿海的大浪區(qū)，長(zhǎng)周期波浪亦可傳入該海域。受季風(fēng)更替和臺(tái)風(fēng)風(fēng)向支配，舟山海域冬季以偏北向浪為主，夏季以偏南向浪居多，臺(tái)風(fēng)浪是一年中最大的浪。從兩個(gè)比選場(chǎng)址的位置條件來(lái)看，多子水道位于大長(zhǎng)涂山北側(cè)的岱衢洋海域，呈東西走向，其東側(cè)口門毗鄰開敞海域，外海NE、E 向大浪可經(jīng)岱衢洋傳至項(xiàng)目場(chǎng)址水域。而大亮門水道位于穿山半島與舟山本島南面所夾的海域中，北有舟山本島，南有穿山半島，東有刺山島、岙山島等小島以及朱家尖—桃花島—六橫島島鏈阻擋與外海相隔。項(xiàng)目場(chǎng)址總體處于一個(gè)相對(duì)封閉的海域，僅南、北兩側(cè)存在相對(duì)開闊的有限風(fēng)區(qū)，外海混合浪對(duì)其影響極小，盛行波浪以SSE和NNW 向浪為主。分析可知，大亮門水道場(chǎng)址受波浪影響較小，更適宜建設(shè)潮流能發(fā)電工程。

2.3.2 工程地質(zhì) 舟山群島島嶼眾多，航道發(fā)育。島嶼海拔均低于500 m，屬丘陵地貌，島嶼一般植被發(fā)育，植被多以灌木、草叢為主。多子水道場(chǎng)址位于大長(zhǎng)途山北側(cè)海域，大長(zhǎng)途山島屬丘陵地貌，島上林木、蘆葦、茅草發(fā)育。四周分布有眾多島嶼，受潮流沖刷影響，海底潮流沖刷槽發(fā)育，水下灘面地形起伏較大。大亮門水道場(chǎng)址位于大亮門山島與刺山島之間，該水道寬約200 m，海圖水深在5～40 m 之間，水道中部較深，兩側(cè)較淺，最深處可達(dá)40 m。目前，潮流發(fā)電系統(tǒng)的支撐載體主要有樁柱式、漂浮式和坐底式三種常見形式。采用適應(yīng)的工程措施之后，上述兩個(gè)場(chǎng)區(qū)海域均可以開展潮流能發(fā)電項(xiàng)目的工程建設(shè)。對(duì)于樁柱式和坐底式基礎(chǔ)，由于區(qū)域海床上部以淤泥和硬可塑為主，局部為硬塑的粉質(zhì)粘土。考慮到潮流能發(fā)電機(jī)組受較強(qiáng)的漲落潮流沖擊影響，具有承受漲落潮流重復(fù)荷載的特殊性，承受的水平力大，發(fā)電機(jī)組對(duì)基礎(chǔ)的沉降變形及傾斜度具有較高的控制要求。因此，工程海域表層的部分淤泥層不宜直接利用，應(yīng)將其挖除后以強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r或中風(fēng)化凝灰?guī)r作為天然地基持力層。

2.3.3 電網(wǎng)接入 對(duì)于多子水道場(chǎng)址，根據(jù)本示范工程的裝機(jī)規(guī)模要求并結(jié)合場(chǎng)址位置，擬在大長(zhǎng)途山島北側(cè)設(shè)置一座10 kV 陸上集控中心作為本場(chǎng)址潮流能機(jī)組的電能匯集、控制及輸送的中心。每臺(tái)潮流能機(jī)組所發(fā)的電能通過(guò)海底電纜輸送至陸上岸基集控中心，并通過(guò)升壓至10 kV 后接入電網(wǎng)。根據(jù)舟山電網(wǎng)現(xiàn)狀，與本工程10 kV 陸上集控中心位置較近的變電站有35 kV 長(zhǎng)途變電站（位于小長(zhǎng)途山島）和110 kV 長(zhǎng)途變電站（位于大長(zhǎng)途山島）。因此，可以將潮流能機(jī)組所發(fā)的電能通過(guò)海纜輸送至10 kV 陸上集控中心進(jìn)行升壓后，再通過(guò)架空線連接至110 kV 長(zhǎng)途變電站，接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。對(duì)于大亮門水道場(chǎng)址，根據(jù)本示范工程的裝機(jī)規(guī)模要求并結(jié)合場(chǎng)址位置，擬在刺山島南端設(shè)置一座10 kV陸上集控中心。每臺(tái)潮流能機(jī)組所發(fā)的電能通過(guò)海底電纜輸送至陸上10 kV 箱變，經(jīng)架空線接入岸基集控中心后接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。比較可知，兩個(gè)比選場(chǎng)址均具備兆瓦級(jí)潮流能電站的并網(wǎng)接入條件。但多子水道場(chǎng)址因擬接入的110 kV 長(zhǎng)途變電站電壓等級(jí)較高，會(huì)存在因變電站未預(yù)留對(duì)應(yīng)電壓間隔而導(dǎo)致無(wú)法正常接入的可能性。

2.4 環(huán)境影響因素分析

根據(jù)《浙江省海洋功能區(qū)劃（2011—2020 年）》和《浙江省海洋生態(tài)紅線劃定方案》顯示，多子水道和大亮門水道場(chǎng)址分別位于長(zhǎng)涂保留區(qū)（A8-5）和定海港口航運(yùn)區(qū)（A2-9）（圖5），與浙江省生態(tài)紅線劃定方案無(wú)沖突。根據(jù)上述海洋功能區(qū)的海域使用管理和海洋環(huán)境保護(hù)要求可知：多子水道場(chǎng)址和大亮門水道場(chǎng)址均與浙江省海洋功能區(qū)劃基本相符，滿足其“重點(diǎn)保障工業(yè)與城鎮(zhèn)建設(shè)用海”的海域使用管理要求；工程建設(shè)不涉及養(yǎng)殖、不新增排污口、基礎(chǔ)永久占地較少，對(duì)區(qū)域海水水質(zhì)質(zhì)量、海洋沉積物質(zhì)量、海洋生物質(zhì)量基本無(wú)影響；工程建設(shè)對(duì)海洋水動(dòng)力環(huán)境、岸灘及海底地形地貌形態(tài)影響基本可控。針對(duì)最終選定場(chǎng)址，在工程建設(shè)前，需要開展相關(guān)專題進(jìn)一步論證工程對(duì)海洋功能區(qū)的影響，征得行政主管部門同意，取得相關(guān)海域使用權(quán)證。

根據(jù)《舟山港域航道與錨地專項(xiàng)規(guī)劃》[8]顯示，多子水道場(chǎng)址規(guī)劃有1 萬(wàn)噸級(jí)以下等級(jí)航道。鑒于場(chǎng)址海域規(guī)劃航道等級(jí)較低，且在場(chǎng)址海域北側(cè)另有一條1 萬(wàn)噸級(jí)以下等級(jí)規(guī)劃航道，可以考慮向相關(guān)主管部門申請(qǐng)調(diào)整相關(guān)規(guī)劃，并在項(xiàng)目實(shí)施前開展通航安全影響專題論證，分析該區(qū)域通航與場(chǎng)區(qū)相互影響關(guān)系，并根據(jù)專題論證意見和港航、海事等行政主管部門的批復(fù)意見在施工階段、運(yùn)營(yíng)階段采取相應(yīng)的工程措施降低潮流能建設(shè)對(duì)通航環(huán)境影響和通航對(duì)潮流能場(chǎng)址安全影響。大亮門水道場(chǎng)址附近無(wú)現(xiàn)狀航道和規(guī)劃航道，因此建設(shè)條件優(yōu)于多子水道場(chǎng)址。

2.5 場(chǎng)址綜合比選結(jié)果分析

根據(jù)上述分析結(jié)果，將兩個(gè)重點(diǎn)比選場(chǎng)址的情況匯總后如表1 所示。經(jīng)綜合分析，本文認(rèn)為大亮門水道場(chǎng)址的水深較大，流速條件也較好，資源更豐富，而且毗鄰刺山島，電網(wǎng)接入等工程建設(shè)條件相對(duì)較好，所發(fā)電能可就近并網(wǎng)，故確定其為兆瓦級(jí)潮流能并網(wǎng)發(fā)電示范項(xiàng)目的推薦開發(fā)場(chǎng)址。

圖5 重點(diǎn)比選場(chǎng)址與浙江省海洋功能區(qū)劃位置關(guān)系示意圖

3 項(xiàng)目場(chǎng)址用海用地規(guī)劃

3.1 規(guī)劃原則

機(jī)組位置應(yīng)根據(jù)表2 所示原則進(jìn)行總體布局，進(jìn)而確定項(xiàng)目用海需求。

3.2 規(guī)劃結(jié)果

3.2.1 機(jī)組布置方案 示范工程潮流能總裝機(jī)為1 MW，結(jié)合場(chǎng)址海域的水深條件和潮流能資源條件，可按照公式（6）估算工程海域可供布置的潮流能發(fā)電機(jī)組的最大單機(jī)容量[7]：

式中：PR為機(jī)組額定功率（kW）；A 為機(jī)組水輪機(jī)獲能面積（m2）；UR為機(jī)組額定流速（m/s）；ηR為機(jī)組整體轉(zhuǎn)換效率。經(jīng)估算，潮流能發(fā)電機(jī)組的最大單機(jī)容量約為500 kW。

從設(shè)計(jì)、施工、制造以及后期的運(yùn)行維護(hù)的角度考慮，本項(xiàng)目應(yīng)優(yōu)先選用同一型號(hào)、相同額定功率的機(jī)組。此外，考慮到海上施工難度較大，應(yīng)盡可能減少機(jī)組臺(tái)數(shù)，減輕海底基礎(chǔ)施工以及機(jī)組安裝的工作量。因此，為滿足本潮流能示范工程裝機(jī)規(guī)模1 MW 要求，擬選擇布置2 臺(tái)500 kW 的潮流能發(fā)電機(jī)組作為推薦裝機(jī)方案。根據(jù)機(jī)組直徑和頂、底部的最小間隙要求，潮流能發(fā)電機(jī)組布置在海床高程為-35～-25m 范圍內(nèi)，具體布置方案如圖6 和圖7 所示。

表1 項(xiàng)目比選場(chǎng)址情況匯總表

表2 機(jī)組位置布局原則

根據(jù)場(chǎng)址區(qū)域潮流能平均功率密度和水深分布情況，估算得到工程海域可供布置的潮流能發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量約為500 kW，因此本示范項(xiàng)目擬布置安裝兩臺(tái)轉(zhuǎn)輪直徑為19 m、單機(jī)容量為500 kW的水平軸潮流能發(fā)電機(jī)組。根據(jù)葉尖的頂、底部間隙要求和水道內(nèi)潮流能功率密度的分布差異，機(jī)組布置在大亮門水道北口、海床高程在-35～-25 m 范圍內(nèi)。

圖6 大亮門場(chǎng)址水下三維地形及潮流能發(fā)電機(jī)組布置圖

圖7 大亮門場(chǎng)址工程平面總布置圖

3.2.2 電氣布置方案 考慮到潮流能發(fā)電機(jī)組的出口電壓一般為690 V，因此規(guī)劃在東側(cè)的刺山島近岸設(shè)置2 套陸上箱變，潮流能機(jī)組分別就近通過(guò)海纜接至箱變，通過(guò)箱變將潮流能機(jī)組出口電壓升高至10 kV，升壓后通過(guò)架空線接入10 kV 陸上集控中心（10 kV 陸上站），然后利用島上現(xiàn)有10 kV架空線接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)（圖7）。示范工程考慮由舟山地調(diào)一級(jí)調(diào)度管理，采用“無(wú)人值班”（少人值守）方式運(yùn)行。在岸基集控中心的控制室內(nèi)，設(shè)置潮流能機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、變電開關(guān)設(shè)備、通信系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防控制系統(tǒng)等設(shè)施。

3.2.3 潮流能機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案 國(guó)外潮流能發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有重力式（座底式）、樁柱式、吸力式和漂浮式等幾種型式，其中重力式和樁柱式這兩種基礎(chǔ)型式已經(jīng)有了較成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)規(guī)劃場(chǎng)址區(qū)域的工程地質(zhì)、水深、流速和潮流能機(jī)組荷載等設(shè)計(jì)條件，結(jié)合國(guó)內(nèi)海洋工程、港口工程施工能力，經(jīng)初步分析計(jì)算可采用重力式基礎(chǔ)方案，具體由支撐結(jié)構(gòu)和重力式基座兩部分組成。潮流能機(jī)組的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)級(jí)別為1 級(jí)，機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，潮流能發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防（丙類）[9]。

3.2.4 規(guī)劃用海用地方案 本示范項(xiàng)目用海包括潮流能機(jī)組和海底電纜用海。潮流能機(jī)組所占用海域?qū)儆陔娏I(yè)用海范疇[10]，應(yīng)以發(fā)電設(shè)施外緣線外擴(kuò)50 m 距離為界確定用海范圍；10 kV 海纜所占用海域?qū)儆诤５坠こ逃煤７懂燵10]，應(yīng)以電纜管道外緣線向兩側(cè)外擴(kuò)10 m 距離為界確定用海范圍。經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目全部2 臺(tái)機(jī)組和10 kV 海纜所占用的工程永久用海面積約為1.9×104m2。此外，本項(xiàng)目需要在陸域條件下建設(shè)的永久建筑物為岸基集控中心，工程永久用地面積約為0.13×104m2。

4 結(jié)論

潮流能的能流密度較大、資源相對(duì)穩(wěn)定，所用能量轉(zhuǎn)換裝置的幾何尺度較小，應(yīng)用靈活、建造方便，因此得到了人們的持續(xù)關(guān)注。我國(guó)的潮流能資源比較豐富，在沿海地區(qū)建設(shè)適合海島環(huán)境的海洋能發(fā)電系統(tǒng)，將為沿海地區(qū)和海島經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供支持。推動(dòng)潮流能示范工程建設(shè)是我國(guó)近期海洋能發(fā)展的重要任務(wù)之一。如何合理選取項(xiàng)目場(chǎng)址是工程建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，本文針對(duì)在舟山海域建設(shè)兆瓦級(jí)潮流能并網(wǎng)發(fā)電示范項(xiàng)目的場(chǎng)址比選方案進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明：

（1）在舟山海域，高亭水道、龜山水道、摘箬山水道、金塘水道和西堠門水道等一些流速資源較好的著名強(qiáng)潮流水道，通常受區(qū)域內(nèi)岸線利用、用海現(xiàn)狀以及水深地形等條件限制，規(guī)劃建設(shè)兆瓦級(jí)潮流能發(fā)電項(xiàng)目存在較大困難。

（2）針對(duì)本項(xiàng)目重點(diǎn)參與比選的兩個(gè)場(chǎng)址——多子水道和大亮門水道，通過(guò)潮流能資源調(diào)查與評(píng)估、工程建設(shè)條件分析和環(huán)境影響因素排查等方面工作，最終綜合比選認(rèn)為，大亮門水道場(chǎng)址的資源條件要優(yōu)于多子水道場(chǎng)址，電網(wǎng)接入條件也相對(duì)較好，所發(fā)電能可就近并網(wǎng)。因此，最終推薦大亮門水道為本項(xiàng)目的主選開發(fā)場(chǎng)址。

（3）依據(jù)示范項(xiàng)目在裝機(jī)規(guī)模、水深及地形、機(jī)組間距以及其他環(huán)境限制條件方面的要求，對(duì)大亮門場(chǎng)址區(qū)域的工程方案進(jìn)行了規(guī)劃布置。示范項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模1 MW，擬在海床高程-35～-25 m 范圍內(nèi)布置安裝兩臺(tái)單機(jī)容量500 kW 的水平軸潮流能發(fā)電機(jī)組，并且采用重力式基礎(chǔ)方案；在刺山島近岸設(shè)置2 套陸上箱變，潮流能機(jī)組通過(guò)海纜接至箱變后升壓至10 kV，然后通過(guò)架空線接入10 kV 陸上集控中心，然后利用島上現(xiàn)有的10 kV 架空線T 接并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。

（4）示范項(xiàng)目用海包括潮流能機(jī)組和海底電纜用海，分別屬于電力工業(yè)和海底工程用海范疇，所占用的工程永久用海面積約為1.9×104m2。陸域條件下建設(shè)的永久建筑物為岸基集控中心，工程永久用地面積約為0.13×104m2。

綜上，本文以舟山兆瓦級(jí)潮流能示范項(xiàng)目為例，分析探討了潮流能并網(wǎng)發(fā)電示范項(xiàng)目在工程建設(shè)前期工作階段的場(chǎng)址比選流程、方法與內(nèi)容，給出了工程總體規(guī)劃建設(shè)方案，研究成果具有一定代表性，可以為后續(xù)類似潮流能發(fā)電工程的選址研究工作提供參考依據(jù)。