美洲潮汐发电园区的开发前景

2015-04-07法国郎佩里埃

水利水电快报 2015年3期

[法国] F．郎佩里埃

美洲潮汐发电园区的开发前景

[法国] F．郎佩里埃

因种种原因，目前开发利用的潮汐能仅占世界潮汐蕴藏总量的极小一部分，而潮汐发电园区(TG)提供了一种全新的解决方案。重点分析了在美洲开发TG的可行性，证明了TG不仅在加拿大或阿拉斯加这样的高潮差地区具有成本效益，而且在阿根廷这样的中潮差地区，甚至在巴西这样潮差只有3 m的地区也同样具有成本效益。

潮汐;潮汐水电站；美洲

1 概述

迄今为止，利用现有传统技术方案开发的潮汐能仅占世界潮汐能蕴藏总量的极小一部分，其原因如下：

(1) 对可用的低水头而言，灯泡贯流式机组厂房的土建工程单位发电成本过高，且其年单位发电量限制在2 GW·h/MW。

(2) 潮汐水电站采用俄罗斯正交式水轮机，其单位发电成本虽然较低，但仍然偏高。其中潮差大于6 m的坝址除外，但这类坝址数量极为有限。

(3) 贯流式水轮机(in-stream turbine)的工作原理虽然有吸引力，但全球满足水轮机流量和施工条件的坝址不多，且维护和联网成本较高。

潮汐发电园区(TG)提供了一种全新的解决方案，它将大型近海水库与贯流式水轮机结合在一起，使水轮机的流量、安装及维护处于最优工况。水轮机被置于水库和海洋之间的潮汐水道(见图1与图2)。

本文对美洲潮汐能的潜在蕴藏量进行了粗略评估。首先回顾了潮汐能发电的优势。

(1) 环境有利，原因是可保持沿岸自然潮汐条件(如图3所示，切换时间为2 h)，避免大波浪及异常高水位。

(2) 即使在自然潮差为3～4 m的条件下，也可维持较低的单位发电成本。

(3) 近海水库面积大，水面平静，用于抽水蓄能的水面面积较小。此外，还有利于兴建成本低廉的风电设施、工业和旅游设施。拦海大坝可保护海岸免遭海洋风暴、海啸及海水上升的破坏，大坝建设成本可通过发电收益解决。

2 潮汐能蕴藏量评价标准

可用一个简单的公式来评价TG方案：

E=0.7SHm2。

式中，E为年发电量,GW·h；S为水库面积,km2；Hm为平均潮差,m。电站总装机容量为0.2SHm2MW。

如果平均潮差为3～7 m，水轮机单位发电成本和潮道的成本差别不大。但Hm值越低，则要求水库的面积越大，或对海岸形状有特殊的要求，原因是拦海大坝长度与能源供应之比应保持在一个可接受的范围。因此全球Hm值低于3 m的潮汐电站，其成本效益相当低。

由于拦海大坝成本随海洋深度显著提高，因此大坝全长的大部分应建在海深不超过20 m或25 m的地方。有些潮位很高的国家，如哥伦比亚，因海水过深而并没有太多合适的坝址。

3 加拿大

著名的芬迪(Fundy)潮汐电站可用于修建TG，该电站海深适中，可修建相当短的拦海大坝。无论是库内还是库边均可安装蓄能设施。包括蓄能在内的单位发电成本总计约为100万美元，或许会更低。对于一个面积1 300 km2、潮差约7.5 m的TG而言，其理论发电量为0.7×1 300×7.52 TW·h，意味着年发电量接近50 TW·h。然而，自然潮差可能会减少，在单位发电成本大致相同的条件下，实际发电量可能约为40 TW·h。该坝址距魁北克500 km，距美国纽约1 000 km。可先建一个几百兆瓦的小型示范点。

昂加瓦(Ungava)海湾容量巨大，特别是海湾西部的自然潮差高，海深适中。潮汐能蕴藏量可达100 TW·h/a。但电力输往蒙特利尔或纽约的成本可能接近150美元/MW·h，原因是拦海大坝较长，施工条件差，输电成本过高。加拿大西海岸潮汐能几乎没有开发的潜力。

4 美国

阿拉斯加虽然有较大的潮差，但实际开发时，大部分地方海水过深。但在安克雷奇(Anchorage)附近有一处极佳的坝址，海深适中，可建较短的拦海大坝。其潮汐能蕴藏量可超过50 TW·h/a，单位发电成本100美元/MW·h。尽管该成本对当地居民过高，但仍有可能找到单位发电成本相同但面积更小、更适合发电的坝址，或干脆建一座专为重工业供电的大型电站。

美国可开发潮汐能的海域不多，除了东海岸靠近加拿大边境有大约10 TW·h/a的潜力外，其他地方几乎没有潮汐能资源。