风能提水可促“东水西调”利用风能直接提水，将渤海湾取之不尽的海水提升1300米，就有望使我国绝大部分沙漠变成绿洲。文|黄典贵 徐建中
（黄典贵为上海大学上海市应用数学和力学研究所教授，徐建中为中国科学院院士、热物理研究员）缺水与干旱导致了全球大量土地的沙漠化。我国是世界上沙漠化危害最严重的国家之一。全国荒漠化土地面积263万平方公里，占国土总面积的27.3%。沙漠化遍及西北、华北、东北西部的13个省区，近4亿人口受其影响，据测算，我国每年因荒漠化而造成的直接经济损失高达540亿元。
近年来，很多专家提出了“海水西调”的大胆设想。国务院研究室还将《关于研究实施“海水西送工程”的建议》提交到有关部门，报告称：通过实施渤海海水资源西送工程，可望解决我国北方生态环境恶化、生产生活缺水和能源开发用水不足等三大难题。
报告估计，从渤海湾以每年调水300亿立方米计，水位提升1300米，每年将耗电1400亿度，需发电装机容量2000万千瓦，建议利用电网夜间供电、风力发电及新建煤电厂解决。预计全部工程约需投资6000亿-7000亿元，约9年可收回包括利、税在内的全部投资。最终的结论为——实施“海水西送”既是一项规模宏大的具有生态效益、社会效益的环保工程，又是极具经济效益的高赢利工程项目。
但如采用燃煤电站发电提水，东水西输需要2000万千瓦装机容量，占我国电力总装机容量的2.5%；按每度电煤耗320克标煤计算，每年耗电约1400亿度约合标煤4480万吨，占2007年全国
煤炭产量的1.8%，该工程每年增加CO2排放约1亿吨，还会大量增加SO2及NOX等有害气体的排放，增大了相关地区的环境保护压力。因此，在煤炭资源越来越稀缺、环保压力越来越大的今天，全部或部分采用这种方式为东水西输提供能源不是最理想的选择。
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国华北及西北地区，风能与太阳能极为丰富，因此在海水西输过程中，可以采用风能提水，即采用风车直接提水，风车的机械能不需要转化为电能，之后利用太阳能进行海水淡化。
沿线风资源丰富对于这样一个东水西送工程，建议从葫芦岛至锡林郭勒之间，修建一条宽阔的阶梯主河道(管道)及若干支流河道(管道)，采用闸坝，将水位分级，利用风力提水，使水从东到西，分级递送。
从葫芦岛市附近取水，经朝阳市、过赤峰市、再过克什克腾旗，达到锡林郭勒盟。水到达锡林郭勒后，大多可以通过自流管道，由东向西输送到各大沙漠的盐湖，形成一连串的“人造海”。从葫芦岛到锡林郭勒，总长615公里，海水分级提升，共提升1300米。锡林郭勒盟风资源丰富，品质好，年有效风速持续时间长。全盟年平均风速为8.9m/s，平均风功率密度为663W/m2。据测算，全盟的风能总蕴藏量达5亿千瓦以上，其中可开发利用量超过5000万千瓦。
克什克腾旗地处山区与高原接壤地带，地势西北高东南低，地形平坦，植被稀疏，风阻较小，风向比较稳定。风能资源丰富，风况佳，是理想的风场。截止目前，克旗规划的5个风场已建成4个，全旗风资源可装机300万千瓦以上，是全国6个百万千瓦大型风电场之一。
赤峰市是内蒙古的风能资源富集区，全市风能资源达1万平方公里，易开发的风能资源在1800万千瓦以上。赤峰市有42.3%的丘陵地，建设风电场有着得天独厚的条件。因为大部分丘陵高地隆起都在50—100米左右，而大多丘陵山坡均在30度左右。这种地形条件由低到高，形成了较好的下垫面，可以使气流加速，对建设风电场极为有利。相关测风数据表明，该地区年平均风速每秒可达6.6米，年有效风速时数近7000小时，是内蒙古自治区的重要风场。
调水起点葫芦岛市、沿线的朝阳市也都是国内少有的风能资源丰富的地区，年均风速大，风况稳定，可开发风力资源1100万千瓦。没有台风袭击是整个东水西调沿线的特点。
具有可行性东水西输水位总提升1300米，假设平均每级提高13米，需要分100级。平均每个提升站的直线距离6.1公里。按年调水360亿立方计，每天需要调水1亿立方。依据当地风资源的分布特点，在每级提升站周围一定区域，合理布局风机群及相应的主、支流河道(管道)。对每级提升站，每天需要将1亿方水提升13米，约需要的有效功率为15万千瓦。因此，每个提升站建设一个50万千瓦的风车群，就完全可以满足风能提水的要求。
由于风具有一定的间隙性，因此，必须要有一定的河道容量来进行能量储存。假定每段提升站的河道(管道)容量为1亿立方，则即使该站区风车群1天内完全不工作，输水过程仍能继续进行。
假定库区内的平均水深为30米，每段的平均长度为6公里，则河道的平均宽度为555米。当然，输水河道的建设一定要因地制宜，平原地带，尽量改建已有的河床；丘陵地带，尽量使河道建在低谷。锡林郭勒的水库容量保持起码应该在3亿立方以上。
如果出现某一时段，某一局部站区数天或数十天风很小，河道可能断流。河道一旦断流，上游的风车因没有负载导致风车加速，可能引起事故，因此，设置适当调控措施很有必要。一旦某区域风力过小，风车一段时间内停止运行，只要锡林郭勒的水库保持在1亿立方以上，则整条水道不会断流，有风区域的风车也能正常运行。并且沿线的河道容量可以大大降低，还可以在部分区域采用管道输水。如果沿线每个站区的容量降低为0.01亿立方，河道宽度及深度可以大幅减少，也可以采用局部地区做成0.01亿立方的小型水库，其他地区用管道输送。
此外，风场可以选择在距离河道或管线较近的地方，也可以选择在相对稍远一些的区域。只要将河道上的高水位与低水位分别通过水渠或管道通过支流河道(管道)引到每台风车旁即可。
风能提水优势明显采用风车直接提水，风车的机械能不需要转化为电能，带来了非常显著的优势。首先，不需要像风力发电那样，省掉了风车后面带齿轮箱、发电机、控制装置及并网的麻烦，风场建设的成本下降50%左右，每千瓦时的成本下降50%，已经比现在的煤电价格大为降低，随着煤电价格的进一步上升，其优势将越来越显著。
其次，如果将风车的机械能转换为电能，再利用电能来提水，不但带来额外的转换损失，还因为风能转变成的电能品质较低，影响电网稳定性。而风车直接提水，省掉了齿轮箱等这些易损部件的维护费用，运营成本降低50%以上。
通过调研及初步分析，可以得到如下结论：从葫芦岛到锡林郭勒的提水工程，可以全部依靠风能来完成；整个提水过程是一个独立的子系统，与电网无关，无需电网提供能源，风大时多提水，风小时少提水；采用风能直接提水，该工程的盈利能力将显著加强。因此，必须尽快对该项目进行论证，适当减缓相关地区风电场建设的速度，因为一旦风电场建成，再改成风车提水就得不偿失了。
海水从葫芦岛向锡林郭勒西输，沿途可利用各地丰富的太阳能资源，进行海水淡化，用于生产生活及其他方面。海水西输工程是一项利国利民的伟大工程，它不但解决了我国西部地区严重的缺水问题，改善了西部地区的生态环境，还能极大地净化渤海湾的水环境、发展沿线地区的海水养殖业和，其经济与社会效益将十分显著。
