中国海洋能资源的储量及其评价_王传昆
中国海洋能资源的储量及其评价
王传崑 施伟勇
(国家海洋局第二海洋研究所,浙江 杭州,310012)
摘 要:本文利用国内有关海洋能资源调查计算的成果,对中国各类海洋能资源的储量及其分布做了全面的介绍,并对各类海洋能资源的能量密度及开发利用环境条件进行了分析评价。中国沿岸及毗邻海域的海洋能资源,除了海洋温差能资源主要分布在南海深水海域以外,其他海洋能资源以东南部沿岸海域最多,且能量密度较高,开发利用条件较好。中国海洋能资源的能量密度与全世界相比较,温差能和潮流能较高,潮汐能和波浪能较低。 关键词:海洋能资源;储量;资源评价
0 引言
我国对海洋能资源的调查始于1958年,当时在“大跃进”的年代,全国沿海地区兴起建设潮汐电站的热潮,为适应形势的要求,沿海各省市开展了沿海潮汐能资源调查,现称其为第一次全国潮汐能资源普查。在改革开放后,1985年完成了第二次全国沿海潮汐能资源普查①。1989年完成了中国沿海农村海洋能资源区划②,其中包括沿岸小型潮汐能(装机容量200~1000kW)的可开发装资源量和波浪能、潮流能理论功率。中国近海及毗邻海域的温差能资源和沿岸的盐差能资源尚未进行资源调查,仅有个别学者的研究计算结果。
1.潮汐能资源储量及评价
1.1.潮汐能资源储量
,下同) 和《中国沿海农村海洋根据《中国沿海潮汐能资源普查》①(简称《普查》
能资源区划》②(简称《区划》,下同)对全国沿岸单坝址可开发装机容量大于200kW的426个海湾和河口坝址统计,中国沿岸的潮汐能资源总装机容量为2179万kW,年发电量为624亿kWh(表1)。在较平直海岸的滩涂上尚有数量可观的潮汐能资源,还未统计在内。
①水利水电部水利水电规划设计院,水利水电部华东勘测设计院上海分院,中国沿海潮汐能资源普查,1985年9月。
②王传崑陆德超等,中国沿海农村海洋能资源区划,国家海洋局科技司水电部科技司1989年5月。
1.2.潮汐能资源评价 1)资源地域分布很不均匀
中国沿岸的潮汐能资源主要集中在东海沿岸,又以福建、浙江两省最多,合计装机容量为1925×104kW,年发电量为551×108kWh,分别占全国总量的88.3%。并且两省内的资源分布也不均匀,主要集中在几个大海湾内。装机容量100×104kW以上的电站,浙江有钱塘江口(乍浦)和三门湾(牛山-南田),福建有兴化湾、三都澳、湄州湾和福清湾,它们合计占全国总装机容量的61.2%,并分别占各省总装机容量的81.9%和58.5%(表2)。
表1 中国沿岸潮汐能可开发资源
200~1000kW 全部潮汐能**
省 区 坝址 坝址 年发电量装机容量 年发电量 装机容量
(106kWh) 数(个)(104k W) (108kWh) 数(个) (104kW)
辽宁
河北*
山东
江苏
长江口北支
浙江
福建
台湾
广东
广西
海南
全国
*河北内含天津市。**全部潮汐能资源为《普查》和《区划》合计结果,已减去重复部分。
表2 沪、浙、闽装机容量20×104kW以上潮汐电站① 省份
坝长 水库面积最大潮差平均潮差装机容量 年发电量(km) (km2) (m) (m) (104kW) (108kWh)
上海 长江口北支 乍浦
浙
西泽
江
牛山-南田 省
江岩山
沙埕港
东吾洋
三都澳
罗源湾
福
闽江口
建
福清湾
省
兴化湾
湄州湾
厦门东港
九龙江口
潮汐电站
可喜的是,这种分布形势与我国沿海地区的能源需求正相吻合,即潮汐能资源最丰富的东南沿海地区正是我国经济发达,能耗量大,常规能源十分缺乏的地区。如能开发沪浙闽的潮汐能资源,则可为缓解这里的能源供求矛盾做出贡献。 2)浙江福建资源的开发条件最好
从潮差和海岸性质看,能量密度和电站水库地质条件以福建、浙江沿岸最好,其次是辽东半岛南岸东侧、山东半岛南岸北侧和广西东部等岸段。这些地区潮差较大,为基岩港湾海岸,海岸曲折多海湾,具有潮汐电站建设的良好条件。 3)有很多优良站址可供先期开发
在中国沿岸,特别是东海沿岸有很多能量密度高、开发条件优越的潮汐电站站址,已做过大量规划设计和预可行性研究工作,可供先期开发。具有近期开发条件的中型潮汐电站,福建有福鼎市的八尺门、连江县的大官坂、厦门市的马銮湾;浙江有三门县的健跳港、宁海县的黄墩港、岳井港等(表3)。已有较好的工作基础,尚需进行深入的综合研究论证的大型潮汐电站,有长江口北支、乐清湾等。小型潮汐电站有福建海坛岛的吉钩、南日岛的港里和浙江上大陈岛的中咀、南麂岛的火焜岙等(表4)。
表3 中型潮汐电站坝址*
坝址 名称 黄墩港 健跳港 岳井洋 八尺门 大官坂 马銮湾
地址 浙江象山港 浙江三门湾 浙江三门湾 福建沙埕港 福建罗源湾 福建厦门港
潮差(m) 坝长水库面积装机容量 年发电量
(km2) (MW) (104kWh) 平均 最大(km)
5900 表4 小型潮汐电站坝址
坝址
名称 吉钩 港里 中咀 火焜岙
地 址 海坛岛西南部 南日岛东南部 上大陈岛西侧 南麂岛南部
潮差(m) 平均最大
坝长水库面积装机容量 年发电量
(km)(km2) (kW) (104Wh)
157 1200
138 67 71
4500 1400 10000 4500 8400
*各潮汐电站的参数在①的基础上,经20世纪80~90年代的工作已做修改。
4)能量密度在世界上仅属中等
世界上潮差最大的地区在北半球50~600N间大陆沿岸,如加拿大的芬迪湾、英国的塞汶河口、法国的圣马洛湾等,平均潮差7~12m,最大潮差15~17m。而中国沿岸潮差最大的地区,浙江钱塘江口、乐清湾,福建三都澳、罗源湾、福清湾、兴化
湾、湄州湾等平均潮差4~5m,最大潮差7~8.5m。两者比较可见,中国最大潮差仅为世界潮差最大地区的一半,在世界上处于中等水平,这正是中国潮汐电站单位装机容量投资高的原因之一。
2.波浪能资源储量及评价
2.1.波浪能资源储量
据《区划》利用波浪观测资料计算统计,全国沿岸波浪能资源平均理论功率为1285×104kW(表5)。在此特别指出,全国沿岸还有很多著名的大浪区,因迄今尚无实测资料,故无法把这些资源计算在内。 2.2.波浪能资源评价 1)波浪能资源分布很不均匀
中国沿岸的波浪能资源以台湾省沿岸最多,为429×104kW,占全国总量的1/3;其次是浙江、广东、福建和山东省沿岸较多,在161~205×104k W间,合计为706×104k W,占全国总量的55%;其他省市沿岸则很少,仅在144~563×103kW间;。在此需要指出台湾省沿岸波浪大,波浪广西沿岸最少,仅72×10kW(表5、图1)
能资源丰富应该肯定,但是因暂缺沿岸的波浪实测资料,其波浪能平均理论功率是利用台湾岛周围海域的船舶报资料,折算为岸边数值后计算统计的,未经岸边实测波浪资料验证,只能作为台湾省沿岸波浪能资源平均功率数量级的参考。
表5 中国沿岸波浪能资源区划(H1/10,单位:m)
3
②
图1 各省区沿岸波浪能资源分布
2)波浪能功率密度较低
中国沿岸波能功率密度分布一般是岛屿附近比大陆岸边高,近海外围岛屿比沿岸岛屿高。全国沿岸波能功率密度最高的区段是浙江中部、台湾、福建海坛岛以北、渤海海峡和西沙地区沿岸,其次是,浙江南部和北部、广东东部、福建海坛岛以南、山东半岛南部沿岸。渤海、黄海北部和北部湾北部沿岸最低。
全国沿岸各地的波功率密度具体分布是:渤海海峡(北隍城)7.73kW/m,台湾岛南北两端(南湾和富贵角至三貂角)6.21~6.36kW/m,浙江中部(大陈岛)6.29kW/m,福建海坛岛以北(北礵和台山)5.32~5.11kW/m,西沙地区4.05kW/m,粤东(遮浪)3.62kW/m。这些地区年平均波高大于1m,平均周期多大于5s,是全国沿岸波功率密度较高,资源储量最丰富的地区。其次,是浙江沿岸北部和南部2.76~2.82kW/m,福建南部2.25~2.48kW/m,山东半岛南岸2.23kW/m,这些地区波功率密度中等,资源储量较丰富。其他地区则波功率密度较低,均在1.50kW/m以下,资源储量也较少。
综观世界海洋各地的波功率密分布不难发现,一般为20~50kW/m,较大的地区为50~70kW/m,最大可达80kW/m以上,而中国沿岸最髙波功率密度仅为世界最大波功率密度的1/10,显然,中国沿岸的波功率密度在世界上是属于偏低的。这一方面给我国波能技术研发增加了难度,但问题的另一面是在我国成功利用的装置,输出到国外高波能地区去利用,将可获得成本低、效率高的效果。 3)波功率密度具有明显的季节变化
由于中国沿岸处于季风气候区,多数地区波功率密度具有明显的变化。变化的总趋势是,秋冬季较高,春夏季较低。而浙江及其以南地区,因受台风影响,春末和夏季(南海5~8月,东海7~9月)波功率密度也较高,甚至会出现全年最高值,如大陈附近。波功率密度的季节变化在波功率密度较高的岛屿附近更为显著,如北隍城、
龙口、千里岩、大陈、台山、海坛和西沙等。而在大陆沿岸和少数岛屿,波功率密度的季节变化相对较小,如云澳、表角、遮浪和嵊山、南麂、大戢山等(图2)。
图2 全国沿岸各地波功率密度月变化(1976年)
4)有很多开发利用条件较好的地区
分析研究全国沿岸的波功率密度及其变化和开发利用的自然环境条件可知,有很多波浪能功率密度相对较高,开发条件优越的地区和地点。就地区而言,首先是东海的福建、浙江沿岸,应作为重点开发利用地区;其次是广东东部、长江口和山东半岛南部的中段沿岸,也可以选择条件较好的地区开发利用。就具体地点而言,嵊山岛、南麂岛、大戢山、云澳、表角、遮浪等地,具有波功率密度较高,季节变化较小、平均潮差小(除南麂岛大于3m外,均小于2m)、近岸水较深,均为基岩型海岸、岸滩较窄、坡度较大等优越条件,有利于转换装置设计、安装施工和提高转换效率,是波浪能资源开发利用较为理想的地点,应作为优先开发的站址。
3.潮流能资源储量及评价
3.1.潮流能资源储量
据《区划》对中国沿岸130个水道计算统计,中国沿岸潮流能理论平均功率为1395×104kW(表6),还有很多强潮流水道因缺资料尚未包括在内。 3.2.潮流能资源储量评价 1)潮流能资源分布很不均匀
中国沿岸的潮流能资源分布,以浙江沿岸最多,有37个水道,理论平均功率共709×104kW,占全国总量的一半以上。其次是台湾、福建、山东和辽宁省沿岸也较多,在113~228×104k W间,共计为587×104k W,占全国总量的41.9%;其他省区沿岸则较少,广西沿岸最少,仅23×103kW。在各海区沿岸的分布,以东海沿岸最多,有95个水道,理论平均功率为1096×104k W,占全国总量的78.6%;其次是黄海沿岸(主要在北黄海沿岸),有12个水道,共230×104k W,占全国总量的16.5%;南海沿岸最少,共23个水道,仅为68×104k W,占全国总量的4.9%(表6)。 2)能量密度髙,可与世界潮流能资源最好的地区相螕美
中国沿岸有很多海峡、水道的潮流流速较大,特别是浙江的杭州湾口北部和舟山群岛海区的诸水道,最大潮流流速可达4.0m/s以上,是我国潮流能资源最丰富的地方,其能量密度与欧洲潮流能能量密度最大的地区不差上下。
全国沿岸高能密度水道的最大功率密度分别是:杭州湾口北部为28.99kW/m2,舟山群岛区的金塘水道为25.93kW/m2,龟山水道为23.89kW/m2,西候门水道为19.08kW/m2,渤海海峡北部的老铁山水道北侧为17.41kW/m2,福建三都澳三都角西北部为15.11kW/m2,台湾澎湖列岛渔翁岛西南侧为13.69kW/m2。
②
表6 中国沿岸潮流能资源区划(Vm,单位:m/s)
分区 辽宁 山东 长江口
一类区 Vm≥3.06 老铁山水道北侧1
舟山的西候门、金塘水道*、龟山水道等*7、杭州湾口北部1、南汇至绿华1 三都澳内三都角西北部*1
北隍城北侧1 北港1、南槽1
二类区
2.04≤Vm<3.06
三类区 理论功率 水道1.28≤Vm<2.04 (104kW) 数 长山东水道1、瓜皮
水道1、三山水道1、小三山水道1
庙岛群岛诸水道3、
东部沿岸3
横沙小港口1、北槽浙江
舟山诸水道*14、
椒江口1
舟山诸水道4、
象山港1、三门湾3、台州湾2、乐清湾3
福建
澎湖列岛9、
台湾 台湾岛西部11、 三貂角东北1 珠江口1、
广东 粤西沿岸诸水道14 大风江口、龙门港1、
广西 珍珠港口1 防城港1
海南 琼州海峡东口南水道1 澄迈湾口1、莺歌海全国处(8.5%)处(31.5%)处(60%)表中地名后数字为水道个数,水道名称有*者为开发条件较好者。
三都岛东部*2、闽江
口1、海坛海峡南部1、大竹航门1 澎湖北部*6、澎湖南部4、台湾岛北端3、 麟山鼻北1
琼州海峡东口水道1、 外罗水道1
沙埕港2、兴化湾3、海坛海峡诸水道8
3)舟山群岛海域潮流能资源丰富,开发条件优越
考虑潮流能功率密度、理论储量和开发利用环境条件等因素,我国沿岸潮流能资源,按海区而论,以东海沿岸最好;按地区而论,首先是浙江省舟山海域诸水道,其次是杭州湾口北部和福建省三都澳内诸水道、辽宁省旅顺沿岸老铁山水道等。这些地区具有能量密度高,理论储量大,开发利用条件较好的优点,应作为全国沿岸潮流能开发利用的重点海区。尤其是舟山群岛海区水道众多、四通八达,开发利用潮流能站址选择余地大,潮流能开发可回避与交通航运和其他开发海洋工程的相互影响问题,并且各水道多受岛屿掩护,海况较为平稳,海岸多为基岩岸。因此该地区是我国沿岸潮流能开发利用条件最为理想的地区,应列为优先试验开发的海区。
4.近海及毗邻海域海洋温差能储量及评价
4.1.近海及毗邻海域海洋温差能储量
东海东侧的黑潮区水深在1000m以上,因有黑潮暖流由此流过,全年表深层温差20℃以上,据王传崑和吴文等[1][2][3]计算,温差能理论储量约为1.08~1.75×1018k
J,技术上可利用量约为54~112×1015kJ。
台湾岛以东海域温差能据台湾省电力公司估算,可开发利用量约为216×1012kJ,可开发装机容量约680×104kW。
据王传崑和吴文等[1][2][3]计算,南海温差能理论储量约为13.0~13.3×1018kJ,技术上可利用量约为1.04~1.06×1018kJ。若取能量补充周期为1年,则技术装机容量为33.1~33.6×109kW。若按开发利用其中的10%,装置工作时间取全年的一半,则南海温差能资源实际可供利用的潜力约为16.55~16.80×108kW。
如果东海黑潮区也按南海的假定计算可开发装机容量,则中国近海及毗邻海域的温差能资源可供开发的总装机容量约为17.47~18.65×108kW。其中,90%以上分布在南海。
4.2.温差能资源评价
1)渤海不存在温差能资源 黄海和东海陆架区暂无开发价值
渤海由于水深浅,全年表、深层水温基本一致,因此不存在温差能资源。黄海和东海陆架区虽然在深水区夏半年也均存在表、深层温差,但是,因为水深较浅、温差较小,而且仅在夏半年发生,冬半年表深层水温基本一致,所以很难开发利用,暂认为没有开发利用价值。
2)台湾岛以东海区资源丰富 开发利用条件良好
台湾岛以东海区的海底地势自台湾东岸向太平洋海盆激剧倾斜,在台湾苏澳以北岸段海底坡度较缓,大陆架稍宽,约7~17km,水深较浅,陆架外大部水深为200~1000m;苏澳以南陆架狭窄,约2~4km,坡度很陡,水深较深,陆架外大部水深为3000m,除新港至台东港一段外,1000m与200m等深线极为靠近。因此,本区具有全年表、深层温差20℃以上,近岸水深变化急促,1000m的深水区距离海岸很近,海岸多为悬崖陡壁等有利的开发条件,是岸基式开发的优良厂址。 3)南海资源最丰富 开发条件最优越 西沙是最适合先期开发的试验场地
南海北部(190N以北)、南海中部(12~190N)和南部(120N以南)全年表层与1000m层温差240C以上。温差的水平分布,由北向南递增,北部最小,南部最大,西沙附近居中。南海是中国近海及毗邻海域中温差能能量密度最高、资源最富集的海域,也是世界海洋中温差能资源最好的海域之一。
南海北部海区大部分为大陆架,东南部为深水区,1000m等深线距离大陆海岸线约300~400km,距汕头市海岸最近处约为200km,距海南岛和东沙群岛分别约90和50km。本区东南部具有较好的深水区和表、深层水温差条件,但因其距离大陆和岛
礁较远,不具备修建陆基电站的条件,不适于最先试验性开发。而与南海中、南部相比,本区距离大陆最近,在未来的温差能资源开发中后方供应联络最为方便。
南海南部深水海区,南沙群岛占居其中、东南部海区,形似海底连绵的山脉呈东北-西南排列。本区温差能资源和开发条件优越,具有广阔的开发前景。但因其距离大陆最远,均在1000~1500km间,也不适于作为近期开发的对象。
南海中部深水海区的西北有西沙和中沙群岛。西沙群岛为一群坐落在900~1000m的大陆坡台阶上的岛礁,其边坡陡峻,是良好的陆基式或陆架式温差电站站址。西沙群岛中的永兴岛是南海诸岛的行政、经济、军事中心,有较多的常住人口,在军事上具有重要意义。但其能源和淡水均需由大陆供应,因路途遥远,十分不便,成本较高。如能开发利用温差能资源,既能提供能源,又可获得淡水,还可以利用深层水作空调和养殖,具有一举多得的效益。西沙群岛是最适合首先开始温差能开发试验的场地。
综上所述,从资源能量密度、资源储量和开发条件来看,南海中部海区和台湾以东海区是海洋温差能开发利用的理想场地。
5盐差能资源储量及评价
5.1.盐差能资源储量
据王传崑[1][2]利用中国江河入海水量[4]资料计算,全国沿岸盐差能资源理论储量约为3.58×1015kJ,理论功率约为1.14×108kW。 5.2.盐差能资源储量评价
1)总储藏量大,分布不均匀,多在大城市附近
由于盐差能资源储藏量取决于入海的淡水量,所以盐差能资源的分布具有与入海水量分布相同的不均匀性。主要分布在长江及其以南,有大江河入海的各省市沿岸。特别是那些经济发达、能耗量大、常规能源短缺的沿海大城市附近,如上海、广州、福州、杭州等。盐差能理论储量长江口为7022×104kW,占全国61.84%,珠江口为2203×104k W,占全国19.40%,两江口合计占全国的81.24%,因此,如能开发利这些盐差能资源,显然是对这些城市能源的重要补充。 2)资源储藏量季节变化剧烈,年际变化明显
沿海江河入海淡水量的变化特点决定了盐差能储量具有剧烈的季节变化和显著的年际变化。显然给开发利用装置装机容量的确定和出力保证造成困难。长江口及珠江口、闽江口等入海水量大,盐差能变化相对较小,又靠近经济发达的大城市,是未来开发海水盐差能的理想场所。
中国可再生能源学会海洋能专业委员会第一届学术讨论会文集
6.小结
综上所述,笔者有以下几点认识和建议:
1)根据已有的资源调查计算成果,从全世界的角度看我国的海洋能资源,南海全年表、深层温差240C以上,可利用功率达16.55×108kW以上,温差能资源能量密度髙,总储量巨大;舟山海域潮流最大流速4~5m/s,最大功率密度20~30kW/m2,潮流能资源能量密度高,储量较大。以上两者在世界上均处上等水平,属优良资源,具有很高的开发价值和广阔的开发前景。福建和浙江诸多港湾的平均潮差4~5m,台湾、福建、浙江等诸多岸段年平均波高大于1m,波功率密度3~8kW/m。后两者虽能量密度相对较低,在世界上处于中等和中下水平,但总储量较大,有很多港湾和岸段资源开发条件优越,也具有较大的开发价值和良好的利用前景。
2)我国曾做过一些海洋能资源调查计算和研究工作,其中,以沿岸潮汐能资源调查最多。但是,总体上调查研究工作尚欠全面、深入,且沿岸的盐差能和离岸海域的波浪能及温差能还未进行资源调查。前期的资源调查已过去20多年,由于自然演变和随着海岸带地区各类资源的开发利用,沿岸各类海洋能资源的自然环境已发生了较大变化。因此,为适应海洋能资源开发利用的需要,开展全面深入地海洋能资源调查研究是十分必要的。
3)90年代以来各省市制定的海洋功能区划,基上未把海洋能功能列入其中,因此不少海洋能资源的优良港湾、岸段已被常规电站或港口码头等工程占用,已无开发的可能性,并且很多各类资源开发建设的项目还有规划、进行之中。对此,笔者呼吁热爰海洋能开发事业的专家向各级政府建议:(1)把各地海洋能资源的优良岸段、地点以“海洋能功能”列入海洋功能区划,加以保护;(2)加大对海洋能技术研究和开发利用的投资力度,促进海洋能技术研发和电站建设。从现实状况看,如果现在不采取有效的保护资源和加快开发的政策、措施,再过20年可能已经没有海洋能资源可以开发了,但愿这种情况不会发生。
参考文献
[1] 王传崑,我国海洋能资源的初步分析,海洋工程,第2卷第6期,pp.58-67,1984年。
[2] 王传崑,海洋能资源,《中国自然资源丛书》(海洋卷),中国自然资源丛书编撰委员会编著,中国环境出版社,1995年。
[3] 吴文,蒋文浩,我国海水温差能资源蕴藏量和可开发量的估算,海洋工程,第6卷第1期,pp.79-88,1988年。
[4] 中国海岸带水文,海洋出版社,1995年。
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