我国潮汐能开发利用调研

    一、引言

    潮汐能作为一种可再生的洁净的自然能源，在国内外很早就引起了人们的关注。自20世纪70年代西方发生石油危机以来，世界上掀起了一股寻求替代能源、开发利用可再生能源的热潮。特别是1992年联合国世界环境与发展大会以后，为了保护日益恶化的人类生存环境，走可持续发展的道路，调整能源结构，大力开发可再生能源已成为世界各国的共识，并形成国际大气候。自1967年法国建成24万千瓦的朗斯潮汐电站后，许多沿海国家都提出了开发潮汐电站的各种方案。截止20世纪90年代初，世界上完成规划或设计论证以及建议的潮汐电站坝址已达139处。有专家预言，21世纪初世界上将有100万千瓦级的大型潮汐电站建成。

    浙江省是我国潮汐能资源最丰富、开发利用最早、取得业绩最好的省份之一。为此，作者就该省潮汐能开发利用的历史和现状进行了一次全方位调研，收集到了大量第一手资料。经过认真的梳理和客观分析，形成了这份调研报告。其中所反映的一些开发活动、统计数据和评价观点或许还是鲜为人知，仅希望人们能对我国早期潮汐能开发利用的状况有一较全面的认识和了解，以唤起人们对潮汐能开发利用的重视和支持。

    二、 潮汐能开发利用活动回顾

    众所周知，浙江省不但潮汐能资源丰富、开发条件好，而且一直以来对潮汐能开发利用较为重视。40多年来，我国潮汐能开发利用活动和建设大多发生在浙江省或与该省有关。自1958年以来，浙江省对主要的潮汐电站站址开展了大量的规划设计和选点考察工作，同时陆续建成了一批小型潮汐电站，至80年代中期长期运行发电的尚有4座（占全国一半），而到目前为止仅剩2座（全国3座）。可以看到，浙江省潮汐能开发利用活动，也即我国潮汐能开发利用活动大概经历了4个时期。

    1、潮汐能资源普查阶段（50－60年代）

    1958年，在我国沿海各省掀起了一股开发潮汐能的热潮，浙江省则以钱塘江口潮汐能开发为重点，开展了一系列资源调查工作[1][2]。经对全省11处较大港湾和河口进行踏勘后，初步估算得到全省沿海潮汐能资源总装机容量为915.9万kW，年发电量可达227.4亿kWh。

    1958年10月，全国潮汐发电会议在上海召开，“钱塘江口潮汐电站建设”成为会议的中心议题，并形成了 “钱塘江河口等大型潮汐电站要抓紧研究” 的会议决议。1959年11月，浙江省将“乍浦潮汐电站”列为钱塘江下游综合治理第二期工程，并把工程初步规划方案正式上报中央。同年12月，该方案被国家计委列入近期建设计划。1960年4月，国家科委和水电部在杭州召开钱塘江河口综合治理开发科技工作会议，制定了1960－1962年科技发展规划，确定了潮汐能开发的9项研究任务，即河口潮波特性、泥沙运动、河床演变、松软地基处理和水上施工技术、水工结构形式，以及低水头大流量水力发电机组型式和机组结构、机组制造的代用材料等方面的研究。1961年，因遇自然灾害，国民经济进入调整时期，科研规划实施进程推迟，潮汐电站建设项目也趋于停顿。

    但从全国来看，在短短几个月的时间里，从广东到山东沿海还是建成了一批（约40余座）小型潮汐电站，总装机容量达583kW。浙江省在这一时期也建成了几座小型潮汐电站，至今有据可查的有汛桥（临海）、沙山（温岭）、清江渡（乐清）、双合（岱山）和铜盆铺（鄞县）等5座潮汐电站。这批电站装机规模均很小（一般几十千瓦），机电设备简陋，水轮机转轮为木制，发电机多为感应电动机改装。其中长期运行的仅有沙山潮汐电站一座。

    2、潮汐能资源开发论证阶段（70年代）

    70年代浙江省潮汐能开发活动，主要围绕着江厦潮汐试验电站的选点、规划、设计和建设进行[1]。

    1970年7月水电部批示该部驻浙第十二工程局，“对潮汐能资源进行查勘提出规划，选择试点工程，搞好勘测设计工作。”1972年3月水电部第十二工程局在提交的《乐清湾综合开发技术经济调查报告》中，提出了开发乐清湾潮汐能资源的4个比较方案。其中第一方案，即现在的江厦电站方案；第四方案为江岩山至漩门港以内库区一次性开发方案。经技术经济比较，考虑到试验电站的规模和投资，最终确定江厦港作为我国潮汐试验电站的首选站址。

    1972年3月，国家计委批准江厦潮汐试验电站工程，并列为国家重点科研项目。次年4月，试验电站工程在温岭县地方在建的七一塘围垦工程的基础上开工建设，至1978年土建工程竣工。

    在这一时期，浙江省除开始研建江厦潮汐试验电站外，沿海各县还先后建成一批小型潮汐电站，它们是象山县的高塘、岳浦、吉港、兵营，玉环县的海山和洞头县的北沙等6座。这批电站多数建在当时大电网未达到的孤岛和边远沿海地区，装机规模都在150kW以上，但长期运行发电的仅有海山和岳浦站。

    由此可见，浙江省在五十年代末、七十年代初建成的两批小型潮汐电站，总数有11座之多，但大都在建成不久即废弃。究其原因，主要是这两批电站建设均处在“大跃进”和“文革”时期。而且，建站前对自然环境条件调查不充分，论证不足，建站后又出现库区泥沙淤积严重，水轮机等设备简陋、质量低劣，对海水腐蚀、海生物污损也没有采取有效措施，更没有处理好电站与排灌、通航的矛盾，以及对间隙性潮电未能采取补救措施，用户感到使用不便等问题，从而导致这些电站在建成后不久就陆续关停废弃。

    值得一提的是，处于乐清湾和象山港的沙山和岳浦潮汐电站，是当时建成的11座电站中运行时间最长的2座，直至80年代中期大电网到达后，才因设备陈旧、经济效益低下而停止运行。

    3、国家试验电站建设阶段（80年代）

    这是我国国民经济开始快速发展的一个时期，但能源供求矛盾日趋突出，故国家决定重点加速发展农业、交通运输和能源等基础产业。于是，潮汐能开发利用开始受到我国沿海地区各级党委和政府的重视，浙江省潮汐能开发同样出现了空前活跃的局面，主要围绕着江厦潮汐试验电站的建设和万千瓦级潮汐电站的前期工作展开。

    （1）江厦潮汐试验电站建设

    1980年5月底，江厦潮汐试验电站经过近7年的建设，第一台由我国自行研究设计制造的500kW灯泡型贯流式双向潮汐水轮发电机组试运行成功[3]。1983年，原国家科委将江厦潮汐试验电站的研建列为国家“六五”重点科技攻关项目。1985年12月，江厦潮汐试验电站5台机组全部投产发电。总装机容量为3200kW，设计年发电量为997万kWh。1986年1月，由原国家科委和水电部主持，在浙江省临海市召开了江厦潮汐试验电站科技攻关项目评审会议。评审委员会对电站取得的技术成果及经济效益和社会效益均给予了高度评价。1987年，江厦潮汐试验电站项目获得国家科技进步二等奖。

    （2）万千瓦级潮汐电站选址前期准备[1][4]

     在江厦潮汐试验电站建设期间，浙江省科协组织下属12个学会、研究会的30余名高中级科技人员，于1983年5月，开展了万千瓦级潮汐电站的选点考察，并推荐位于象山港末端的黄墩港峡山坝址方案作为万千瓦级潮汐试验电站站址。经初步估算，该站址可装机容量可达5万kW，年发电量为1.3亿kWh。至于乐清湾潮汐能资源开发，专家们认为它是大型潮汐电站的理想站址，但因规模大，涉及面广，应在充分调查研究和科学试验的基础上，就潮汐能、港口、水产和土地四大资源权衡利弊，统筹规划协调后，方能提出综合开发方案。[NextPage]

    1984年7月，原国家科委海洋组也曾组织国内专家，对浙江省象山港内的黄墩港和乐清湾，以及福建省连江县的大官坂和平潭县竹屿口等站址进行了一次联合考察。专家们一致认为，浙江省的黄墩港潮汐能丰富，泥沙淤积不明显，建站与航运、海防、围垦等矛盾不大，海上建筑物只需建造一座2km长的大坝，即可形成发电水库，该站址可进行内容广泛的潮汐能开发和综合效益的科研工作，可为大型潮汐电站提供科学依据。缺点是工程量大、投资多、短期不易见效。建议浙江省对健跳港和铁港（狮子口）站址再做工作，并与黄墩港对比后提出一个最佳站址。

    于是，在1984年9月，浙江省科委又组织了一次三门湾健跳港潮汐能开发专题考察。专家们经过对该港内黄门峡、锁木渡、凤凰山、罗城和龙江等坝址的实地考察，以及分析对比后提出：处于健跳港内中段的凤凰山和锁木渡坝址对下游港口影响较小，可装机2.0－2.5万kW，容量适中，与黄墩港坝址相比具有潮差大、投资小、施工期短等优点，近期实施的可能性较大，故建议对此站址先期进行可行性研究。

    1985年春，浙江省科委把健跳港潮汐电站可行性研究列为该省重点科研项目。并于1988年8月提交了“健跳港万千瓦级潮汐电站可行性研究报告”，推荐凤凰山为电站坝址，装机容量为1.5万kW，年发电量为4500万kWh，工程总投资1.172亿元，施工期4年。工程建成后对环境影响较小，库内无淹没损失，筑坝后可以便利库内两岸交通，且可为今后大型潮汐电站开发提供经验，故认为该站具有开发建设价值。

    4、 万千瓦级潮汐电站选址阶段（90年代）

    90年代从国际到国内都呈现了开发可再生能源的大好环境。1992年联合国环境与发展大会要求各国，为了保护环境，限制有害气体排放，加速发展可再生能源。我国政府承诺承担义务，并最早提出旨在保护环境，走可持续发展道路的《21世纪议程》。国家计委、科委、经贸委及水利部、电力部、农业部和海洋局等相关政府部门，以及沿海各级政府的相关部门，均在有关规划、计划中提出包括利用海洋能在内的开发可再生能源的目标和措施。而潮汐能资源量比较丰富的浙江和福建两省，其开发积极性更高，在上级主管部门和专业单位的支持下，开展了万千瓦级潮汐电站选址的前期工作。

    1991年9月，电力部华东勘测设计研究院完成了浙闽沿海潮汐电站规划选点工作，从全国潮汐能第二次普查[5]获得的浙闽沿海数十个万千瓦以上的站址中，筛选出11个条件较好的站址（其中有浙江省的黄墩港、狮子口、岳井洋、健跳港和乐清湾等5个站址），进行了重点规划设计，经技术经济指标分析比较，推荐健跳和狮子口分别作为万千瓦级和10万千瓦级潮汐电站近期开发项目[6]。1999年，国家电力总公司华东勘测研究院受浙江省电力局委托，完成了健跳港潮汐电站预可行性研究，提出该站址是我国当前条件下适宜开发的最佳潮汐能资源利用区。并进一步推荐锁木渡为坝址，开发方式为单库单向落潮发电，初选装机容量为2万kw，年发电量为5000万kwh[7]。

    然而，值得遗憾的是，由华东勘测设计研究院承担，并经多年反复勘测、论证完成的“浙江省三门县健跳港潮汐电站（万千瓦级）预可行性研究”报告，依然束之高阁，至今未予评审。

    三、潮汐能开发利用现状及评价

    1、潮汐能开发利用现状

    由我国潮汐能开发利用活动回顾可知，浙江省从50年代末开始兴建潮汐电站，至70年代中期，在沿海地区共建成潮汐电站11座，其中有4座长期运行，曾发挥很好作用，简介如下。

    （1）江厦潮汐试验电站

    位于乐清湾北端江厦港。平均潮差5.08m，最大潮差8.39m。港湾坝址处宽686m，坝内港湾面积5.3km2。该站于1973年4月在地方建设中的“七一”塘围垦工程基础上开工，1978年土建工程竣工，1980年5月第一台机组发电，并联网运行。1985年底全面建成，总装机容量3200kW，5台机组分别由1台500kW、1台600kW和3台700kW组成。设计年发电量为997万kWh。电站为单库双向运行，水库面积1.37km2，机组具有正反向发电和正反向泄水四种功能。电站总投资1130万元。

    江厦潮汐试验电站自第一台机组并网发电至今已经25年，全部建成已近20年。由该站20多年的运行表明，我国自行设计制造的双向灯泡型贯流式水轮发电机组运行可靠，机组过水机件和海工建筑物的防海水腐蚀和防海生物污损措施效果显著，库内外泥沙淤积不明显。

    但需指出的是，由于江厦潮汐试验电站的水轮发电机组性能未达到设计模拟样机的性能，且流道水头损失较大，以及设计中忽视了设备检修停止运行对发电量的影响等原因，故最终年发电量未能达到原设计指标。目前的实际年发电量仅为500－660万kWh。

    （2）沙山潮汐电站

      该电站位于乐清湾北端江厦潮汐电站的坝下，隶属温岭市江厦乡下楼村。1958年10月动工建设，1959年8月建成发电。该电站是在滩涂上筑堤围库建设而成。平均潮差5.08m，水库面积0.05km2，库容5.15万m3。初期(1961年)安装木制旋浆式水轮机，配一台16kW发电机，单向落潮发电。1964年底改用一台40kW发电机，电站原建及改建投资4万元（其中国家补助2万元）。日平均发电时间12－13小时，年发电量9.3万kWh。在大电网到达前，该电站对促进当地经济发展发挥了很好的作用，其中：1）供电照明1325户；2）工农渔副业产品加工企业数十家；3）电力灌溉水田53公顷，单产从3000kg提高到9750kg。

    1980年6月，该电站并入县电网，电价下跌至每千瓦小时0.085元，后大电网接通后，电价下跌至每千瓦小时0.05元，电站收益进一步下降。1984年电站实行集体承包经营，终因经济效益低下而停止发电。

    沙山潮汐电站是我国最早建成的一批潮汐电站中，唯一长期运行达25年以上的小型潮汐电站。70年代全国第二次掀起建设潮汐电站的热潮时，沿海不少省份曾派技术人员到该站参观取经，起到了很好的示范作用。

    （3）海山潮汐电站

     位于乐清湾中部玉环县海山乡茅埏岛西南端。平均潮差4.91m。1973年7月开工建设，1975年9月建成。该站为上、下库，加抽水蓄能水库的单向全程独立供电的潮汐电站，设计装机容量2×75kW，1975年安装第一台75kW机组，蓄能发电站容量为55kW。

   1983年，该站曾因库内泥沙淤积影响发电，后采用水枪排淤取得较好效果。1986年4月经改建，扩大上下库面积（上库至0.26km2，下库至0.03km2），蓄能水库容量扩至12万m3，并增装第二台75kW机组，建成一站三库连续发电的新型潮汐电站，年发电量达21－24万kWh。1988年1月并入县电网运行。该电站1996年再次改造，换装新机组，扩容为2×125kW，年发电量达33－38万kWh。

    并网前，电站电力供1200户家庭生活用电、16个乡村企业供电。蓄能水库蓄能发电的同时，保证了全岛4000余人的生活用水，并灌溉水田67公顷，使水稻单产从每公顷6000kg提高到9675kg，抗旱能力从30天提高到70天。1986年全县大旱，该岛抗旱能力和水稻单产均为全县第一，产生了巨大的社会和经济效益。目前，该电站尚处于微利运行状态。2005年，海山潮汐电站为了扩大发电规模，提出了电站扩容计划，新增2台250千瓦的发电机组，但至今因建设资金尚未落实而搁浅。[NextPage]

    （4）岳浦潮汐电站

    位于象山县南田岛北岸（石浦对面）。平均潮差3.6m。1970年11月动工兴建，1971年11月建成。该电站以筑堤围涂成水库而建，面积0.19km2，单库单向发电，设计装机容量为4×75kW，实际装机容量为2×75kW，并配有75kW柴油发电机1台备用，年发电量12万kWh（不含柴油发电）。

    在1981年12月电网到达该岛前，电站效益甚好。除为该乡48个企事业单位和全乡农民供电照明及农副产品加工外，主要是给水库提水，以满足两个乡600公顷水稻和棉田灌溉所需，使水田抗旱能力从45天提高到80天，粮食产量从每公顷4500kg提高到8500kg。

    1983年电站并网运行，且由5位农民承包经营，二台机组运行正常，年发电量达15万kWh，效益也较好。运行一年后终因上网电价低（0.05元/kWh），再加上管理不善，水稻种植面积减少，以及提水灌溉作用下降等原因而停止发电。

    2、技术水平评价

    江厦潮汐试验电站是以国家重点科技攻关成果转化建成的我国最大、最先进的潮汐电站，其装机容量位居国内第一、世界第三。为此，我们主要以该站为例，评价我国潮汐能利用所取得的主要成就 [8]。

    首先，为江厦潮汐电站研制的两种结构形式的四工况灯泡型贯流式潮汐水轮发电机组，填补了国内空白，其主要性能指标接近法国朗斯潮汐电站的水平。其中研制的调速器与行星齿轮增速和直联两种结构的机组配套，能满足潮汐机组复杂的调节过程，其静动态特性的主要指标均已达到部颁标准。此外， 两种结构形式的机组都能稳定运行，并各有特点。如能适应潮差变化而进行大幅度调节的导叶和浆叶双调结构；能适应多工况运行的灯泡型发电机；能承受正反向推力，并能有效阻止海水侵入机组的止水密封，以及无刷励磁和新型接力器回复机构等。

    其二，在软基础上建筑水库堤坝的设计施工获得成功，建筑物稳定可靠。江厦潮汐电站堤坝建于承载能力小于0.1kg/cm2的海相淤泥粘土层上，坝两侧水位每天经历四次大起大落的泄降，经长期考验，建筑物稳定可靠，无不均沉陷、断裂和倾斜等现象发生。

    其三，选址合理、坝址正确，库内外泥沙淤积不明显。因为江厦潮汐电站处于乐清湾的顶部，海水含沙量少（1973年实测年平均0.064kg/m3），泥沙颗粒细（粒径