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北方小水电事业发展研究

2017-12-08 01:37 毕业

摘    要
随着我国水电事业的不断壮大和发展，小水电的发展也及其迅速。通过论述小水电的特征，并与大水电工程的比较，分析我国北方的地域、气候特征，阐述小水电在我国北方的发展情况，说明小水电在北方发展的可行性以及如何促进小水电事业在北方发展的相关措施，并对北方小水电所面临的特殊问题进行了探讨。同时，对其前景进行了展望。
关键词：北方；小水电；可行性；前景
Abstract
With the development of hydroelectricity, the mini hydro develops rapidly. Compared with the general hydroelectricity program, discussing the characteristics of mini hydro, analyzing the national northern area and climate characteristics, we represent the development of mini hydro. Meanwhile, we research some problems mini hydro faced with. At last, the foreground is forecasted.
keywords: northern area; mini hydro; feasibility；foreground
 

1.小水电发展概况

1.1小水电概念及特征

    在中国，小水电系指装机容量25MW及以下的水力发电站和地方小电网[1]。小水电站的容量界限是与我国国民经济的发展相协调的，尤其与我国农村经济的发展和农村用电水平有关。例如在五十年代，一般称500kW以下的水电站为农村水电站;到六十年代，小水电站的容量界限到3MW，并在一些地区出现了由几个小水电站连接起来的小型供电线路，这是中国地方电网的雏形。六十年代末期，随着县、社工农业用电量和经济实力的增长，国家及地方设备制造能力的加强，小水电站的容量界限上升到12MW，并形成了统一调度的县电网，电压等级多在35kV以下。八十年代以后，随着以小水电为主的农村电气化计划的实施，小水电的建设规模迅速扩大，小水电站建设容量也不断增大，并开始建110kV的地方电网，小水电站定义也扩大到25MW。九十年代后，国家计委、水利部进一步明确装机容量50MW以下的水电站均可享受小水电的优惠政策，并出现了一些容量为几万甚至二十几万kVA的地方电网[2]。

（科教作文网 zw.nseac.com整理）

    小水电站生产过程比较简单，水轮发电机组启动快、开停机迅速、根据负荷和调度命令可以迅速调节出力、机组启动频繁、需要监测的信号种类多和数据量庞大。举例来说，一台完全自动化控制的水轮发电机组，从停机状态启动到发出额定功率，只需要一分钟左右的时间。水轮发电机组的频繁启动和停机，不会过多的消耗能量，而且在较大的负荷变化范围内，仍能保持较高的效率。
    现在小型水电站中的设备陈旧，技术落后，机组启动频繁、运行方式复杂、加之设备分散、控制操作多、需要监测的信号多，这些因素都严重影响着小水电站安全运行及经济效益的进一步提高。尤其是发生故障时，运行人员需要处理的各类信号很多，任务繁重，这样对微机监控系统的依赖程度和软硬件要求就要高。

    概括起来，小型水电站具有如下的特征:

    1.小水电站建设资金不富裕。小型水电站多为地方投资或者集资兴建，资金来源有限。因此，往往在兴建过程中力求设备简单、价格低廉，以节省投资;

    2.运行方式变化大。小型水电站一般水库容量很小运行方式受降雨量的影响较大，而用电规律受生产季节与生活用电的影响极大，因而运行方式变化大，机组启停频繁;

    3.电压变化大。小型水电站往往为独立供电，用户分散，输送距离远，负荷变化幅度又极大，因而电压变化幅度大.为了照顾首末端用户的使用电压，电压的设定和调节变化频繁;

    4.技术力量薄弱。小型水电站运行维护人员一般均为非专业学校教育的技术人员，不可能去面对复杂、繁多的自动化装置和应付复杂的运行方式;

    5.技术更新费用少。小型水电站的年维护更新费用是很少的，不可能象大中型水电站那样有计划的去进行设备的更新和完善;

    6.改造成本低。对已有的大坝和设施上的旧的小型电站进行改建，发电的成本较低，在经济上比较合算。

1.2国外小水电发展情况[3]

没有国际统一的“小”水电定义——通常认为装机容量上限是10MW(欧洲小水电协会和欧盟)；在印度和中国，上限分别提高到25MW和50MW。通常径流式小水电开发项目对环境的影响极小，小于100kW称为微型，100～1000kW小小型，1000～10,000kW为小型。
目前全球水电提供了总电力的17%，装机容量约730 GW，在建100 GW。这使水电成为目前电力生产中最重要的可再生能源。2002年，在全球电力装机容量中，与其它可再生能源比较，小水电的贡献率处在一个相似的水平（1%～2%的总装机容量），合计达47GW。其中发展中国家占25GW(53%)(表1)[4]。

          表1世界各地区小水电装机容量

       
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（来源：《水电与水坝》杂志，2004；美国能源部，2004）
中国在全球小水电发展中占有重要地位，这是政府长期推动农村电气化的结果。据2005年统计，小水电站已达43000个，装机容量34,660 MW，意味着中国占世界小水电装机容量的一半以上。中国小水电的年增长仍高达9%，并计划在“十一五”（2006～2010）期间新增16,000 MW。
其他小水电装机较多的发展中国家有：印度（1694MW）,巴西（859MW）,秘鲁（215MW）,
马来西亚和巴基斯坦（均为107MW）,玻利维亚（104MW）,越南（70MW）,民主刚果（65MW）,
斯里兰卡（35MW）和巴布亚新几内亚（20MW），还有俄罗斯和中亚国家装机也较多（共639MW）(2005年数据)。

1.3国内小水电发展情况

多年来，我国农村水电发展迅速。目前，全国已建成农村水电站4万多座，总装机容量超过3 000万kW，年发电量1 000亿kW•h，分别占全国水电装机容量和发电量的1/3。通过开发当地丰富的水能资源，带动农村经济社会发展，采用分散开发，就地成网，就近供电，建成近800个县级电网和40多个区域电网、全国1/4的人口主要靠农村水电供电。产生了巨大的社会效益、经济效益和生态效益。然而，目前小水电发展存在管理不规范，政策不到位，前期工作投入不足，电价市场不规范等问题，主要表现在以下几个方面：

一是过去水能资源一直在分部门管理，随着投资主体的多元化，对水能资源没有实行统一管理，造成了资源无序开发和浪费，既影响了农村水电的可持续发展，又影响了水能资源的合理配置和其他水功能的实现，同时水能资源市场化配置的制度没有建立起来，建设和运行管理中问题十分突出。根据2003年水利部开展的“四无”（无立项、无设计、无验收、无管理）水电站清查，全国共清查出“四无”水电站近3000座．建成的电站没有经验竣工验收，没有有效的运行管理规章制度和合格的运行维护人员，存在重大隐患，引发不少严重安全事故，造成重大财产损失和人员伤亡。
二是长期以来农村水电主要由国家投资兴建，政府直接管理，政府与中介组织的职能交叉混淆，政府该管的没有到位，不该管的管得过细，妨碍了中介组织的发育和企业自主经营。“按照经济调节、市场监管，社会管理和公共服务”的要求，政府管理水平还需进一步提高。同时，农村水电企业普遍存在着机构臃肿，人员过多，管理水平低，设备老化化失修，一些管理人员观念陈旧，不适应改革的新形势等问题，严重制约着农村水电的发展。
三是电力行业的垄断制约中小水电的发展。电力体制实行的是省电力公司统管的发输配一体的垄断体制，使大部分县（市）通过中小水电发展起来的自供网逐步移交给电力部门代管，同时，对属地方的一些中小水电站，采用低价上网等限制政策，使中小水电失去供区和市场，面临有水难发电、发电难自主、有电难上网、上岗电价低的局面，制约了中小水电的发展，同时不准中小电站直供企业，使企业的用电成本大幅度上升，从而影响了地方工业的发展。
四是税收政策方面[5]。1994年增值税改革后造成的农村水电的税赋重的问题，严重影响了农村水电的发展，国家规定小水电实行6％的增值税政策，但这个政策在很多地方没有得到落实，致使承担的税赋比改革前增加了3倍以上，是火电的2倍[6]。

（转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）

2.小水电工程与大型水电工程的异同比较

2.1工程目标（意义）的区别

小水电工程的意义是不能用规模来衡量。
目前，小水电已成为中西部山区经济的重要支柱、地方财政的主要来源及农民脱贫致富的重要途径。
　　通过开发小水电，建设农村电气化，使数千条河流得到了初步治理，小水电水库总库容达1000多亿m3，有效地提高了江河的防洪能力，改善了生态和农业生产条件。通过开发小水电，已累计使3亿多无电人口摆脱了松明点灯、日出而作、日落而息的生活方式，进入了现代文明。实践证明，中国发展中小水电和农村电气化不仅比较好地解决了发展中国家共同面临的能源、环境和贫困问题，而且还在增强民族团结，促进边疆繁荣稳定方面发挥了巨大作用，在国民经济发展和社会进步中起着不可替代的历史作用。

2.2工程布置特征的区别
 

小水电工程按其布置的方式分为堤坝式、引水式和混合式３种[7]。堤坝式电站属于低水头大流量型，大多位于水流平缓处，工程主要由大坝、坝后的厂房及库区构成，一般没有引水隧洞，这种电站的测量工作比较简单，只需在坝址处建立控制网，用以测量坝址和库区地形图，测绘工作相对比较简单；而引水式和混合式电站是高水头式，它的结构除大坝和厂房外，一般还有引水隧洞、压力管等。这类电站传统的地面控制测量方法是建立小三角网，但目前由于ＧＰＳ和全站仪（测距仪）的全面普及，传统的小三角网控制已完全被ＧＰＳ测量或与ＥＤＭ导线结合的方法所代替。

2.3工程结构上的区别

在工程结构上，小水电主要包括：砼重力坝、砌石拱坝、小型砌石连拱支墩坝、砼拱坝、橡胶坝、砼面板堆石坝、土坝等挡水建筑物；发电引水、跨流域引水等引水建筑物[7]。小水电水工建筑物投资比例大，工程进度也受其制约，水工建筑物一直是工程建设方案比选的重点，因此，优化技术的应用就显得特别重要。

本文来自中国科教评价网

2.4 工程使用及维护的区别

在工程的使用和维护上，小水电工程也是不同于大型水电工程的。小水电设备使用和维护在技术水平的发展上虽然没有大型水电那么迅速，但也已有显著提高，主要表现为：水电设备开始由常规设备向微机型设备转型，自动控制系统进入计算机数字控制阶段。经济较发达地区已采用了先进的调度自动化系统和变电站综合自动化系统，部分水电站和变电站实现了无人值班[8]。技术改造和节能技术在各地也普遍得到推广应用，一些小水电站通过采用置换高效转轮、新型励磁装置等新技术和新装备，设备效率大幅提高，取得了可观的经济效益，电站的更新改造势头良好。

3.北方小水电发展可行性分析

3.1北方的地域、气候特征

北方地区幅员辽阔，降水量较少，河流流量也小，水资源相对较为短缺，所以北方地区的农业生产主要以旱地为主；相反，南方地区的农业生产主要以水田为主。
东北地区的辽宁、吉林、黑龙江三省，属温带湿润半湿润气候区[8]。冬季漫长、严寒，春季风大，夏季短促、暖热湿润。冬季长达6-7个月，一月平均气温-6~-30℃，最低气温，南部-21~-28℃，北部达-40℃以下，日最低气温<0℃的天数南部为115天，北部达220天，<-30℃天数，松嫩平原达20-50天，兴安岭80~100天，但沿海地区没有<-30℃的天数，降雪天数南部10~15天，北部40天，积雪日数西南部20~40天，三江平原120天，漠河160天，长白山100-120天，最大积雪深度20-40cm，日平均气温≤10℃天数北部200天以上，南部180天以下。夏季短促，三江平原75天，松嫩平原50天，嫩江以北无夏天，七月份平均气温在20℃以上，日最高气温≥30℃的天数松嫩平原不到20天，极端最高气温多数可达38℃以上，沿海35℃以下，7月相对湿度70-80%，冬季盛行偏北风，夏季盛偏南风，春季风速最大，辽河河谷大风日数在50天以上。大部分地区风压50-60kg/m2，雪压20-40kg/m2[9]。 本文来自中国科教评价网
华北气候区，包括阴山南，秦岭淮河以北，黄土高原，黄淮海平原，属温带半湿润气候区。冬季寒冷干燥夏季炎热多雨。全年总辐射渭河流域，汉水上游110-120kcal/cm2，山西高原，华北平原130-140kcal/cm2，日照时数和日照百分率，渭河流域、汉水上游分别为2000h和40-50%；山西高原，华北平原分别为2600-2800h和60%以上。一月份平均气温平原0~-6℃，黄土高原南部-4~-8℃，北部山区-10~-12℃，一月份平均最低气温-20~-30℃，渭河流域，华北平原，滨海地区≥-20℃。冬季比较长，黄土高原5个月，平原4.5~5个月，日最低气温≤-20℃的天数，平原≤0.5天，黄土高原1-5天，日平均气温≤0℃的日数，黄河以北100-150天，黄淮之间75-100天，≤10℃的天数平原140-150天，高原180-200天。夏季不短、平原3.5-4个月；高原、沿海2-3个月。7月平均气温，平原26~28℃；高原22~26℃，平均最高气温，平原30~32℃，高原和沿海28~30℃，极端最高气温≥35℃的日数10-20天，7月相对湿度70-80%。春季风最大，大风日数黄河、海河下游25天，黄土高原，渭河流域5-10天，其它地区10-25天。风压值30-50kg/m2，大部分地区雪压值30kg/m2左右，渭河流域20-30kg/m2[10]。
蒙新气候区包括内蒙古，新疆，暖温带半干旱、干旱气候。冬季除北疆外，大部分地区干冷，春季多大风、风沙，夏季酷热，日照丰富，年总辐射除准噶尔盆地为120kcal/cm2外，其余大部分地区为130~170kcal/cm2，年日照时数一般在3000h以上，日照百分率在60%-80%以上，北疆分别在2600-2800h和60%。冬季严寒，一月平均气温-16~-20℃，南疆-8~-12℃。夏季酷热，7月平均气温20-24℃，吐鲁番盆地28-32℃，7月相对湿度30-50%。基本风压50-60kg/m2；雪压，北疆60-80kg/m2，内蒙古、南疆20-30g/m2[11]。

3.2北方水利发展的趋势

目前，北方小水利的发展应该是说是慢慢走上正轨。通过调查，我们知道，北方许多小流域内已建的小水电站多数是零星开发，没有整体规划，这种开发方式只注重了近期效益，容易造成小水电资源的浪费。显然，在小水电的发展上，北方还是存在着很多问题。但究其发展趋势而言，根据水源充足与否，流域不同，北方不同地区小水电的发展将会呈现不同的发展道路和不同的发展状态。这些内容，将在后面的内容中详述。 大学排名

3.3小水电在北方的适用性分析

我国小水电资源广泛分布在全国 1600 多个山区县，主要集中在中西部地区，其中西部、西北部地区小水电技术可开发量占全国的 67.6% ；中部地区小水电可开发量占全国的 16.8% ；东部、东北部地区小水电可开发量为 15.6% 。而对整个中国北方地区而言，小水电资源的开发却相对较少，到底小水电在北方是否适用呢？
根据北方的气候和地域特征，我们知道，我国北方基本属于干旱少水地域。水电的建设，最根本的依赖便是有充足的水源，以提供发电的初始能量。所以就整体而言，在我国北方全部地区大力发展小水电事业并不可取。
然而，针对不同地区，因地制宜[12]。整个北方也有很多地区能够满足发展小水电事业的客观条件。比如，黄河流域以及东北松花江流域等地区，水源相对充足，而且加上水稻种植等农业的客观需要，小水电在这些地区的建设还是很有必要和可行的。而且，北方这方面的成功例子已有很多，这給即将开发小水利建设的地区提供了参考，对小水利的建设是十分有利的。
同时，北方各地方政府也对小水电的开发给予了大力政府。这对小水电的发展来说起到的推动作用毋庸置疑。

3.4小水电在北方发展的潜力分析及构想

目前，小水电的主要发展地区为我国中西部地区。相比较与中西部地区，在发展小水电事业方面，尽管在很多方面北方地区劣势明显，但是我们通过分析，北方小水电同样拥有许多自身的优势，其发展的潜力同样毋庸置疑。
    因此，我们对北方小水电的发展构想如下：

1.针对比较大和集中的黄河、松辽流域，我们实施梯级开发的方案。梯级开发是以整个流域的整体效益为目标，充分利用流域内有限的水能资源，创造最大的经济和社会效益。对于黄河流域，松辽流域的小水电站开发梯级开发具有以下优势：
⑴由于全面规划、统筹安排，能够充分利用水能资源，有利于合理布局，降低工程造价；
⑵梯级开发可以连续进行，单个电站的规模小，工程投资额相对少，便于资金的筹措；
⑶因工程建筑物规模小，对地质的要求低，便于工程选址；
⑷有利于电站统一管理和机组集中维修，节

[1]