我国海水抽水蓄能电站示范项目选择及开发研究

张皓天，吴世东，芮德繁，张 东

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江省杭州市 311122；2.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南省长沙市 410014）

我国海水抽水蓄能电站示范项目选择及开发研究

张皓天1，吴世东1，芮德繁1，张 东2

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江省杭州市 311122；2.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南省长沙市 410014）

我国具备建设海水抽水蓄能电站的优越条件，在我国开展海水抽水蓄能电站研究具有一定的前瞻性和必要性，可为布局我国海水抽水蓄能电站及开发建设等相关决策提供依据。本文介绍了国内外海水抽水蓄能电站研究现状，在普查我国海水抽水蓄能资源分布和初拟站点的基础上，结合我国新能源发展布局和要求，通过综合分析比较，选择海水抽水蓄能示范项目，并对其开发模式进行初步探讨。

海水抽蓄；示范项目；开发模式

0 引言

海水抽水蓄能电站以海水为介质，一般情况下，利用海洋作为下水库，在地形高差较大、站点地理位置与建设条件较优的海岸陆地或岛屿上修建上水库以及相应的输水发电系统等建筑物，是一种新型抽水蓄能电站，具备占地面积小、水源充足、节省下水库建设等优点。海水抽水蓄能电站作为常规抽水蓄能电站开发的重要补充，逐步受到海岛、临海国家的重视。

我国海岸线绵长，岛屿众多，具备建设海水抽水蓄能电站的优越条件。随着我国沿海地区核电、海上风能、潮汐能、潮流能、太阳能等新能源的开发，配套建设海水抽水蓄能电站不仅可以满足远离能源基地、能源资源条件匮乏的沿海及海岛屿地区用电需求，优化电源结构，而且对于沿海及海岛地区构建安全、稳定、经济、清洁的能源供应体系具有重要作用。海水抽水蓄能电站涉及海岸线利用、海洋渔业和海事管理、生态环境、国防等多方面因素，建设条件和社会环境因素相对复杂，电站开发建设日益困难，因此，在我国开展海水抽水蓄能电站选择和开发研究具有一定的前瞻性和必要性，可为布局我国海水抽水蓄能电站及开发建设等相关决策提供依据。

1 国内外海水抽水蓄能电站研究概况

日本是研究海水抽水蓄能电站最早的国家，日本从20个世纪60年代便开始对海水抽水蓄能电站进行调查和可行性研究工作，通过初步研究和选址调查，1999年，日本在冲绳建造了世界上第一座海水抽水蓄能试验电站，积累了大量的海水抽蓄电站建设和运营经验，其技术水平已具备建设更大规模的商业化电站的可行性和可靠性[1]。近年来，其他临海国家也进行了海水抽水蓄能电站的相关研究：印度尼西亚提出了East Java 海水蓄能电站方案，相关部门就工程造价、经济与环境分析、社会影响分析等进行前期论证工作，并邀请了日本相关公司做技术论证；爱尔兰Organic电力公司对爱尔兰西北部进行了海水抽水蓄能的前期研究，主要为了配合该地区的风电及潮流能；苏格兰斯特拉斯克莱德大学对苏格兰东北部进行了海水抽水蓄能选址研究，并初步对两个站址进行比选；葡萄牙里斯本技术大学研究在葡萄牙圣米格尔岛建设海水抽水蓄能电站，并分析其与可再生能源联合运行；希腊克里特技术教育学院风能和联合电站实验室对海水抽水蓄能电站前期设计进行研究，提出了海水抽蓄选址的合理地形参数；智利Valhalla电力公司开展了智利北部EDT海水抽蓄与太阳能联合电站研究[2-5]。此外，美国、日本和爱沙尼亚对地下式海水抽水蓄能电站建造的可行性进行了初步探索。

海水抽蓄电站的选址研究在我国尚处于起步阶段，2013年水电水利规划设计总院组织相关单位开展全国沿海地区海水抽水蓄能开发潜力评价工作，2015年中国电力建设股份有限公司开展了我国海水抽水蓄能电站资源普查和选点规划的研究工作[6]。石文辉对我国建设海水抽蓄电站进行了初步研究并提出了沿海地区海水抽蓄电站的选址建议[7]。柴建峰对我国海水抽水蓄能电站的建设条件进行了初步分析[8]。

2 我国海水抽水蓄能电站示范项目选择

海水抽水蓄能电站项目选择工作按初拟站点—普查站点—主要站点—典型站点—推荐站点等层次开展：即通过对全国海水抽水蓄能站点进行普查，根据地理环境、地形、地质、地貌、水文条件、成库条件、距高比等方面要求，拟定基本具备海水蓄能电站建设条件的初拟站点，进一步考虑区域地质条件和环境影响因素，筛选出海水抽水蓄能普查站点；在此基础上，重点结合地形、工程布置等方面条件，经过内业初选，选择条件较好的主要站点进行现场查勘；结合社会环境影响分析，确定典型站点；经详细技术经济综合比选，推荐示范项目。

2.1 示范项目选择原则

根据建设海水抽水蓄能示范电站的基本条件，按照需求、建设条件、环境影响、建设征地移民安置和技术指标等因素，拟定示范项目选择原则如下：

2.1.1 建设需求及意愿

宜选择调峰电源缺乏的沿海地区，特别是供电保证程度较低的岛屿地区；对于规划建设风电、太阳能等电源和有人类经济活动的海洋岛屿，应予以重点考虑。地方政府有较为强烈的建设和开发意愿。

2.1.2 建设条件

选择有建坝成库的地形条件建造上水库，其中岛屿站点可选择具备开挖成库的地形条件，且均要避开具有重大工程地质问题的区域。具有运输大型设备的交通条件和布置施工场地的地形条件。应尽量避免将下库进水口选在泥粉质淤沙较多、海沙含量较大的海域。

2.1.3 环境影响及建设征地移民安置

尽量避开环境影响敏感区域，降低电站建设对环境的影响程度。尽量减少上水库淹没损失，避免淹没军事设施、风景名胜区、自然保护区、大型工矿企业、城镇或人口密集区域。

2.1.4 主要技术指标

因海水抽水蓄能电站为新型电站，我国目前还没有该型电站建成，装机容量不宜太大；为保证一定发电水头并减少上水库规模，站点天然落差应大于100m；上、下水库水平距离尽量短，以减少输水系统的工程投资和电能损失，站点的距高比控制在10以内。

2.2 示范项目选择历程

经过前期普查，共选出424个初拟站点（不含香港、澳门特别行政区及台湾省），普查范围约37000km2。针对初拟站点，考虑区域地质条件和环境影响因素，进一步筛选238个普查站点。在普查站点基础上，重点结合地形条件、工程布置等建设条件进行筛选，并考虑站点的交通条件、开发价值、需求现状、多能互补开发及潜力等多方面，从中筛选出条件较好的25个站点进行详细查勘，另外，结合海南省三沙市永兴岛及其附近岛屿地形条件，提出了永兴岛站点建设地下式海水抽水蓄能电站的初步构想。从站点技术经济条件和社会环境因素综合分析，福建省的浮鹰岛和口门，广东省的上川岛、南澳岛、万山岛和三门岛，浙江省的桃花岛、龙潭、青天湾、小畚斗和天灯盏，江苏省的大龙顶，山东省的炮台东，广西壮族自治区的涠洲岛14个站点条件较好，可作为海水抽水蓄能电站主要站点。

经过进一步比选可知，福建省福州市口门、江苏省连云港市大龙顶、山东省威海市炮台东为近海资源站点；浙江省小畚斗和广东省三门岛站点对外交通条件较差、岛内用电需求较小；广西壮族自治区涠洲岛站点发电水头较低、地质条件相对较差，装机规模较小。虽然口门、大龙顶、炮台东、小畚斗、三门岛和涠洲岛等6个站点具备海水抽水蓄能电站建设的基本条件，但不具备试验示范项目的典型性和代表性，而福建省浮鹰岛，浙江省桃花岛、龙潭、青天湾和天灯盏，广东省上川岛、南澳岛和万山岛等8个站点具备作为示范项目的典型性和代表性，从中选择海水抽水蓄能电站示范项目。我国海水抽水蓄能电站典型站点主要技术经济指标如表1所示。

从建设需求及意愿、建设条件、环境影响、建设征地移民安置和技术经济指标等方面对典型站点进行综合分析，福建宁德浮鹰岛站点具有建设海水抽水蓄能电站的需求，地方政府有较为积极的建设意向，地形地质条件、下库进/出水口布置条件、施工条件、接入系统条件较好，可以配合岛上新能源运行，装机容量适当，距高比较小，单位千瓦投资相对较低，水库淹没及环境影响较小。因此，拟推荐福建宁德浮鹰岛站点作为我国海水抽水蓄能的示范项目，应视地方经济发展及电力市场需求适时开发建设。

3 示范项目工程建设方案

福建宁德浮鹰岛站点位于福建省宁德市霞浦县海岛乡里澳村西南侧，距宁德市直线距离约为58km，该站点位于宁德市东部海域的一个独立岛屿上，岛上在建浮鹰岛风电场（48MW）。上水库库盆位于浮鹰岛天牛顶西南侧打铁坑山坳内，直接利用东海作为下水库。

上水库正常蓄水位149m，死水位127m，调节库容88万m3。大坝坝型初拟采用混凝土面板堆石坝，坝顶高程153.00m，大坝最大坝高66.5m。上水库采用全库盆防渗型式，库岸主要为岩质边坡，初拟采用“全库盆挂网喷15cm厚混凝土”的防渗型式。

输水系统主要建筑物包括上库进/出水口，引水上平洞、引水斜井段、引水下平洞、引水钢岔管、引水支管、尾水支管、尾水钢岔管、尾水隧洞、下库进/出水口等；上、下库进/出水口之间输水系统总长约727.6m。地下厂房为中部开发方案，主副厂房、安装场、主变室布置于同一洞室内。

下水库系利用东海，进/出水口海岸线呈陡崖状，进/出水口采用岸塔式，共设一个检修闸门。

电站平均毛水头为139m，装机容量42MW，安装2台单机容量21MW的单级混流可逆式水泵水轮发电电动机组，距高比（L/H）约为4.3。

上水库库盆内无人口、房屋和专项设施，水库淹没土地主要为灌木林和松、杉等用材林。不涉及风景名胜区、自然保护区、饮用水水源保护区、地质公园等环境敏感区。从环境保护的角度来看，浮鹰岛站点不存在环境制约因素。浮鹰岛站点施工安排总工期为3年6个月，其中准备工期为3个月，从工程开工到第一台机组发电工期为3年3个月。工程的单位千瓦投资（静态）约为18745元/kW。

4 示范项目开发模式分析

浮鹰岛站点将是我国国内第一座以海水为介质的抽水蓄能电站，是一座示范工程，通过其建设和运营，可以掌握涉海领域关键技术，可以保障岛屿电力供应和推动国防安全建设，促进海洋及能源综合开发。虽然目前示范项目的财务指标差、财务生存能力弱，但其建设的示范作用和今后相关技术推广的价值较大，可以寻求国家、企业和行业等相关部分的支持。同时，利用浮鹰岛自身及周边资源，以海水抽水蓄能示范项目建设带动海岛的整体开发，实现岛屿综合开发效益转移。

4.1 示范项目建设相关方分析

从海水抽水蓄能电站示范项目的前期研究、工程建设和运行管理的全生命周期来看，需要国家行业主管部门、地方政府、项目投资方、项目设计单位、设备厂商等多个部门或多家单位共同参与，其中，国家行业主管部门和地方政府是示范工程建设和运行的指导方，为示范工程建设提供优惠政策支持；项目投资方需要负责项目建设资金的落实；项目设计单位需要从工程建设专业技术保障方面为示范工程提供整体服务；设备厂商需要充分考虑海水抽水蓄能电站示范工程的特殊性，研究适合以海水为介质的抽水蓄能电站的金属材料和水泵水轮机组。

4.2 岛屿综合开发效益转移分析

以项目建设带动整岛开发是一个系统性的工程，工程建设前期需要多种资源相互补偿。浮鹰岛风电项目投资效益较好，海水抽水蓄能电站建设能更好地提升风电利用效率，由于岛上的风电项目已经处于开发建设中，考虑加快海上风电资源开发，通过海上风电项目开发支持示范项目建设。同时，浮鹰岛海水抽水蓄能电站建设对旅游产业的带动作用最为明显，每年带来大量的旅游观光客和旅游收入，可以通过海水抽水蓄能电站与整岛旅游开发同步进行，建设以能源科普观光、海岛特色小镇为一体的、以海水抽水蓄能电站为核心的特色海岛，通过海岛综合开发，考虑旅游开发投资商支持示范项目建设。经过多方资金补偿，可为海水抽水蓄能电站示范项目提供可观的建设费用。

5 结论与展望

我国具备建设海水抽水蓄能电站的优越条件，在我国开展海水抽水蓄能电站选址研究具有一定的前瞻性和必要性，经过综合比选，推荐福建宁德浮鹰岛站点作为我国海水抽水蓄能电站的示范项目，应适时开展进一步工作。

海水抽水蓄能电站的选址和开发研究在我国尚处于起步阶段。与常规抽水蓄能电站相比，海水抽水蓄能电站规模相对较小，单位千瓦投资较高，在借鉴国外同类工程建设、运行管理经验的基础上，还需进一步对示范项目的经济效益、环境影响等方面进行评估和分析。从技术层面和市场行为来看，当前需要国家、地方和其他各相关方以战略的眼光和决心投入到示范项目中来，共同促进示范项目工程建设，推动我国海水抽水蓄能事业进一步发展。

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2017-08-01

2017-09-21

张皓天（1988—），男，注册土木工程师（水利水电工程规划），主要研究方向：水电水利工程水能规划设计。E-mail：370124511@qq．com

吴世东（1979—），男，教授级高级工程师，主要研究方向：能源规划设计。E-mail：wu_sd1@ecidi．com

芮德繁（1978—），男，高级工程师，主要研究方向：水电水利工程水能规划设计。E-mail：rui_df@ecidi．com

张 东（1973—），男，高级工程师，主要研究方向：水力动能设计。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学科代码：570．99

10．3969/j．issn．2096-093X．2017．05．002