山东这个“湖”里藏着20座三峡电站的绿色能源（连载之四）

山东这个“湖”里藏着20座三峡电站的绿色能源（连载之四）

风能技术股吧,风能开发与利用技术论文,维谛风能技术支持工程师　　中国在联合国大会上向世界庄严承诺：中国 2030 年达到碳排放峰值，2060 年实现碳中和。

　　风能技术股吧,风能开发与利用技术论文,维谛风能技术支持工程师中国能实现这一承诺吗？作为世界上最大的能源生产国和能源消费国，既要发展，又要兑现承诺，难度是非常大的。

　　山东省作为中国发电装机容量和用电量第一大省，实现“双碳达标”的任务更为艰巨。2020 年，山东省发电装机容量为 1.56 亿千瓦，其中，火电占 70% 以上，高达 1.1 亿千瓦。由此可见，山东对于全国“双碳达标”影响极大，没有超常措施是难以完成的。

　　山东省陆域面积不大，人口极为稠密，大规模发展光电、风电、核电等新能源的空间有限。大装机容量的潮汐海流发电厂合适位置很难寻找。在波涛汹涌的海面建设大规模光伏发电场，目前技术尚不成熟，而且也无成功先例可供借鉴。

　　为调整能源结构，山东不得不痛下决心，采取“外电入鲁”措施。积极争取购买外省的可再生能源和新能源电力，并加大特高压输电通道及配套电源基地建设，同时在外省投资布局建设可再生能源和新能源基地。2021 年，山东省外购电最大负荷已达 2147 万千瓦，约占山东省用电最大负荷的四分之一；外购电量达到 1200 亿度以上，约占全省用电量的五分之一。按照规划，到 2025 年，山东省外购电量要力争达到1500 亿度。到 2035 年，山东省要实现煤电发电量、省外购电量和省内新能源与可再生能源发电量各占三分之一的目标。

　　为了实现“双碳达标”，山东真可谓不惜重金，眼睛向外，采取了超常措施。然而，没有想到地处山东的“莱州湖”近在咫尺，无须“外电入鲁”，即可为其开辟一条新的途径，轻松担负起“双碳达标”的重任。

　　未来，这个面积6000多平方公里的“莱州湖”里，蕴藏着巨大的光电、风电、低水头发电潜力。至少，有五大可再生能源项目必须配套建设。

　　莱州湾水面开阔，无遮挡，光照时间长，风速比陆地大，易旱少雨，因而水量蒸发较大。据历史气象资料统计，这里年平均日照时数 2631小时，最多年份高达 2934 小时。年均蒸发量为 1834 毫米，最多年份高达 2379 毫米。年均降水量为 614 毫米，最少年份 314 毫米，最多年份906 毫米。这种易旱少雨、光照充足的气候环境，从保护“莱州湖”淡水资源的角度讲，必须尽可能大面积覆盖遮挡湖面，以减少淡水资源蒸发。而水面光伏电站恰好就是最佳形式。

　　根据我国三类太阳能资源区划分标准，这里年等效发电时数可达1500 小时左右，接近一类资源区（我国西部）标准。“莱州湖”工程纵横交错的拦海堤坝，将原来的海区风浪环境变为平静可控的湖面，因而使其成为我国东部沿海地区少有的可大规模建设光伏发电站的最佳之地。在这里建设光伏发电站，优势突出，一举数得。

　　（一）与陆地大型光伏发电站建设相比，这里具有不占土地、投资省、建设快、发电效率高的优势。根据日本兵库县大型水上光伏电站实验对比分析，由于水面冷却效果，电池板发电量可增加约14%，并且延长了组件使用寿命，降低阳光跟踪系统难度和成本，管理维护方便。

　　（二）与我国西部大型光伏电站相比，这里紧靠京津冀和山东用电大户，直接消纳能力强大，无须长距离特高压变电输送，使用效率更高，用电成本更低，大大减少了因输变电设施和通道不配套而造成的弃光弃电浪费。

　　（三）对“莱州湖”来说，最大的好处就是大量减少淡水资源蒸发，有效抑制藻类繁殖，有利于提高水体质量和鱼类生长。

　　目前，国内外水面光伏电站建设成功经验已经很多。据测算，一平方公里水面光伏可装机容量为 15 万千瓦左右。如果在“莱州湖”铺设 1000 平方公里水面光伏，即可装机 1.5 亿千瓦，大大超过目前山东全省的火电装机总容量，仅此一举即可完成山东省“双碳达标”任务。

　　如果在“莱州湖”铺设 2000 平方公里水面光伏，其装机容量将是三峡水电站的 13 倍之多，超过目前京津冀和山东装机容量之和。

　　从“莱州湖”减少淡水蒸发量的需要来看，最好尽量再扩大一些。如果水面光伏铺设扩大到 3000 平方公里，那么，“莱州湖”可再生能源装机总容量（包括湖区风电和低水头发电），就将占到全国燃煤发电装机总容量（10 亿千瓦）一半左右。由此，“莱州湖”不仅可使山东省能源结构发生脱胎换骨的变化，而且将为全国“双碳达标”做出重大贡献。“世界最大可再生能源基地”桂冠则当之无愧。

　　山东省海上风能储量比陆地大，静风期和台风少，风电效率更高。莱州湾是山东风能资源最丰富的区域，目前山东省已在此地做出建设280 万千瓦级风电装机规模的规划。

　　风速是水量蒸发的重要因素。大型风电场可明显降低该区域风速，有效减少水面蒸发。试验表明，风电场影响效应可使风速在 20 公里范围内保持较大的衰减，20 公里以外风速开始逐步回升，其影响风速衰减距离可达 30 ～ 60 公里范围。因此大型风电场建设，是“莱州湖”保护淡水资源的必配工程，同时也为临近的避风港区建设创造了十分有利的条件。

　　“莱州湖”及黄河口航道拟设计水位海拔5 米至10 米。黄河水自河口航道进入各个湖泊，在相关堤坝均可建设低水头发电站。按照黄河年均径流量300 亿立方米测算，水流经各个湖泊多次周转运行过程中，可实现多级多次发电。粗略估算，蕴藏的年发电量约200 亿度左右。

　　由于可再生能源具有明显间歇性特点，特别是光伏和风电受气候季节影响波动性较大，对电网调峰填补的要求很高，如不能及时输送消纳，就将造成弃光、弃风，大量浪费电力资源。尤其是“莱州湖”光伏和风力发电规模巨大，一般电网难以调峰填补，因此必须充分发挥同场多个湖泊水电蓄能优势，灵活调节，削峰填谷，实现光电、风电、水电和蓄能电站“四位一体”同场配套联动，使“莱州湖”所发电能最大限度发挥效益。

　　氢是汽油发热值的 3 倍，焦炭的 4.5 倍。一吨氢气的发热值相当于3 吨汽油、4.5 吨焦炭。氢燃烧的产物是水。电解水制氢的副产品是氧气。因此，绿氢被誉为 21 世纪最干净、最具发展前景的能源。

　　2020 年，我国年产氢气 4100 万吨，位居世界第一。规划到 2060年达到 1 亿吨，有效降低对石油煤炭的依赖。目前面临的问题是，虽然氢在使用过程中是最清洁能源，但在制造过程中却产生大量污染。

　　我国 96% 的氢产量是通过化石燃料（例如石油、天然气、煤炭等）燃烧产生的氢气。用煤炭制一吨氢产生二氧化碳 11 吨，用石油制一吨氢产生二氧化碳 7 吨，用天然气制一吨氢产生二氧化碳 5.5 吨。这种状况与“碳达峰”“碳中和”目标是相悖的，因而被称为“灰氢”。还有一部分在生产过程中采取了“碳捕捉”等先进技术，降低了污染排放量，因而被称为“蓝氢”。真正的“绿氢”是通过使用可再生能源（例如太阳能、风能、水能、核能等）制造的氢气，无论生产过程还是使用过程，完全没有碳排放，因而被认为是解决碳排放问题的终极方案。

　　目前我国“绿氢”产量仅占总产量的 4% 左右。阻碍发展的主要原因是用电成本。近几年随着我国光伏产业技术的快速进步，光伏发电成本大幅下降，从 2021 年开始已进入平价上网时代，并且下步还有很大下降空间。特别是由于光伏发电储能的自身需要，将太阳能发电和电解水制氢组合成系统技术，已成为主流发展方向。

　　“莱州湖”凭借巨大的规模优势和廉价场地优势，完全可以把发电成本降得更低，在“绿氢”产业领域异军突起，大显身手。按照目前技术水平测算，10MW 光伏每小时可制造 10 立方氢气，2500 平方公里的光伏发电列阵，一年即可产 1 亿吨的氢气，相当于节省 5 亿吨标准煤或 3 亿吨汽油，减少排放二氧化碳 11 亿吨。

　　2020 年，我国二氧化碳总排放量为 99 亿吨，汽油总产量为 1.3 亿吨，其中，中石化是世界最大的炼油公司，年产汽油 5800 万吨。

　　由此可见，一个“莱州湖”的“绿氢”就可实现我国 2060 年的规划目标，相当于又增加了 5 个中石化的汽油产能，大大增强我国能源抗御国际风险的能力。

　　总之，“莱州湖”蕴藏的可再生能源潜力是巨大的。不仅如此，“莱州湖”拦蓄的巨量淡水资源，还将使周边数万平方公里生态植被生机盎然，为城乡绿化、植树造林、农作物生长提供有力保障，大面积扩大绿色覆盖，大量增加氧气产出，双向助力我国“碳中和”目标实现。