潮汐能开发利用的新概念

在亚洲，潮汐能的理论蕴藏量接近传统的水电蕴藏量，但是潮汐能电站所提供的电能却仅仅只有 0.5 TW·h/a，而水电站所提供的电能为1 500 TW·h/a。

目前，研究潮汐能技术开发方案的费用一般都比较高。

对于开发潮汐能，沿海岸线即可以形成大型的水库，但是相应可利用的潮汐水头通常比传统水轮机经济有效的利用水头要低：水头低于3～4 m的灯泡式机组的成本很高，而水库的最佳利用水头为1～2 m。俄罗斯正交涡轮机似乎更具有吸引力，然而相关的土建工程成本仍然很高，且对于亚洲的大多数潮差来说，其造价更高。

水轮机本身的制作成本不是很高，但是水流的速度通常不足，而且在海洋开放的运行条件下，进行大规模开发的成本太高。

1 新方案概述

正如在最近发行的《水力发电与大坝》期刊中所描述的那样，这种新方案在亚洲具有美好的前景，不仅潮差超过6 m的潮汐具有经济可行性，而且对于潮差在3～6 m之间的潮汐同样也具有经济可行性，这类潮汐在多数亚洲国家更为普遍。

该方案是利用沿海岸形成的大型水库，水库通过配备有10排或20排水轮机的宽阔渠道通向大海。这些可以在比如水流速度、海洋状况、短距离传输和维修设施等方面的最佳状况下运行。水轮机及渠道的单位电能成本实际上与3～6 m的天然潮差的发电成本一样，这是因为水轮机的成本为国际市场水轮机的正常价格，而且，这些机组都能够提供3 500～4 000 h/a的额定工作时间。运行的方式主要有两种，如图1所示。

图1 潮汐公园概念两种运行周期

可以将这种特殊的设计称为潮汐公园(TG)。

1.1 影 响

库区内的水位与潮汐几乎和天然潮汐状况是一样的，而且还可以避免巨浪，与可再生能源相关的其他开发形式相比，该方案对环境的影响将会更小。

1.2 效 益

由于该方案的堤坝提供了面积宽广的平静海面和海岸防护，因此可能会带来非常多的间接效益，特别是在亚洲，包括以下几个方面：

(1) 如果在山区，可以把平静的小面积库区以抽水蓄能的形式发展为大规模的储能设施，这比传统的抽水蓄能电站将会更划算。

(2) 将最高天然水位降低1～2 m，这样在海岸线很平坦的情况下是非常有用的，特别是可以避免海平面上升的影响。

(3) 沿主要堤坝进行疏浚来建设人工岛，通过低成本的港口使那里的工业区能够得到发展。

(4) 风电场、旅游业和养殖业都可以得到发展。

2 亚洲的潜在潮汐能蕴藏量

基于潮差和地形，将会使以下的评估非常接近理论值。单位发电成本包括了水轮机和渠道的修建成本，这在大多数国家都是相似的，但是每座潮汐水库的主堤坝的建设成本则会由于设计的不同而会有所不同。

根据地形和可能的设计形式，即可以通过粗略估算得到发电成本。对于许多亚洲国家，离海岸约20～30 km的水深(浅滩)是较为有利的，基础条件(砂、砾石、岩石)通常较为有利。由于很多其他原因，致使下面的评估结果在一些国家将被证明过于乐观。

针对一些关于采用潮汐公园概念的质疑，将根据在印度、俄罗斯、韩国、巴基斯坦、孟加拉国、越南和印度尼西亚的具体情况开展讨论。缅甸和朝鲜也极有可能采用潮汐公园概念。

这些数据都是非常粗略的近似值，但它更容易对每个国家潮汐能的潜在蕴藏量和成本进行更精确的评估。本文的主要目的是使大家注意到对于亚洲常见的潮差，如3～5 m，有可能会采用大型且更合算的方案。

过去，大多数研究主要是针对一些具有更高潮差且规模较小的方案。

2.1 印 度

两个最好的潮汐发电场址是在卡奇(Kutch)湾和印度西北部的巴夫那加尔(Bhavnagar)，其总面积为4 000 km2，潮差接近5 m，而且发电量可以高达50 TW·h/a。潮汐发电可与重要的储能设施混合使用，因此大量的太阳能可以与该电站结合起来，这样，单位电能成本可能会低于100美元/MW·h。

在孟加拉海湾也可以修建潮汐电站，该区域面积非常大，潮差为3 m，海水很浅。该处的潜在潮汐能蕴藏量可以达到几十亿kW·h/a，可以提供防护海岸和控制水位。该电站成本将高于西部电站。

2.2 巴基斯坦

巴基斯坦长达几百公里的海岸潮差为3～4 m，而且离海岸20 km的水深非常有利于潮汐发电。该潮汐能可以经济有效地提供10～20 TW·h/a的电能，且具有海岸防护的附加优势。

2.3 俄罗斯

鄂霍次克(Okhotsk)海潮汐能拥有世界上最大的潜在蕴藏量。位于北部的佩金斯卡(Penzhinskaya)电站估计有80 GW的容量，这意味着其生产的发电量将会超过200 TW·h/a。然而，这片地区及其寒冷，离电能需求中心有3 000 km，且发电成本也将高于南部电站。

在南部地区，研究主要集中在图古尔斯卡娅(Tugurskaya)潮汐电站，该电站可以提供10～20 TW·h/a 的电能。采用新的解决方案能够较好地应用于大多数潮差，这将有利于更大规模地利用南部地区的潮汐能，这些潮汐能所生产的发电量可能会高达100 TW·h/a。

拟采用的施工方法实质上是基于预制沉箱和大规模的海洋疏浚，也就是说，大多数的混凝土将位于水下。因此，由于气候条件和架设长达1 500 km的输电线路所增加的额外成本，都是可以接受的。到2030年，将以100～150美元/MW·h的成本将该潮汐能所生产的电力输送至西伯利亚、北海道或哈尔滨。

2.4 韩 国

对始华(Sihwa)潮汐电站及其他一些项目开展了大量研究，研究的关键点是考虑潮差很大、规模很小的方案，而且拟采用的灯泡式机组对其发电成本而言很不利。

新潮汐公园的概念同样适用于3～5 m的潮差，这为西海岸的一个面积约10 000 km2、潮差接近5 m、水深约为20 m、发电量为50～100 TW·h/a的潮汐电站提供了一个潜在的经济且有效的方案。电站项目可能将会分为几个阶段进行开发。

该方案可以结合储能设施、风电场、工业开发和海岸保护等各项因素进行综合开发。电源将会非常接近负荷中心，而且其发电成本也将会低于100美元/MW·h。

2.5 越 南

在越南，潮差约为3 m，对于长度约为300 km的海岸线而言，可利用的潮汐发电量似乎被限制在10～15 TW·h/a。

除了经济有效的能源供应外，一个关键的优势就是可以优化湄公河河口的水位，从而为大约1 000万人减少海平面水位上升将会带来的风险。

然而，还需要考虑堤坝下面的土壤情况。离岸10 km或者20 km远的土壤状况，可能比湄公河三角洲地区的情况要好。

2.6 孟加拉

方案研究中所提出的庞大计划可能不切实际，但也存在着成为现实的可能。

该方案的优点有很多，例如，即使是在大洪水和高潮位期，仍能调节孟加拉国南部的水位。潮汐电站发电量将达到50 TW·h/a，而且似乎也符合效益成本。然而，该方案同时也存在着2个相当明显的不足：

(1) 投资将会非常高，但在2030年之后，印度可能会消化掉一部分电能以及会承担一部分相关的投资。

(2) 堤坝下的土壤状况、设计方案以及发电成本等都具有不确定性因素。

2.7 亚太地区其他国家

印度尼西亚没有适合的坝址，但澳大利亚则有2个极佳的地方。

(1) 在东部，潜在潮汐能的发电量将超过50 TW·h/a，通过采用潮汐公园方案可以使潮汐发电经济有效，且电站将非常靠近澳大利亚的主要负荷中心。

(2) 在北部，可以以最低的成本产生100～200 TW·h/a的电能。该坝址离澳大利亚主要能量需求中心约为3 000 km，离印度尼西亚的爪哇岛只有1 500 km。这样生产出来的电能成本约为100美元/MW·h，非常经济有效。

仅在亚洲，潮汐能就拥有巨大的开发潜能，而且潮汐公园概念将有助于经济的发展，并且在很多实例中，也提供了一些可能会产生的直接效益。