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什么是小水电

北极星电力网技术频道    作者:3   2007/12/21 16:00:36   

 关键词:  水电 小水电

发电能力很小的水电站或水力发电装置。世界各国对小水电,没有一致的定义和容量范围的划分界限。即使同一国家,不同时期,标准也不尽相同。一般,按发电容量可把小水电划分为微型(micro),小小型(mini)和小型(small)3档。有的国家只有一个档次,有的国家则分为两个档次,差异较大。几个小水电较发达的国家和主要国际组织对小水电的划分标准见表。

由于标准不同,统计口径不一致,难于进行全世界关于小水电的统计。《国际水力发电与大坝建设》(InternationalWaterPower&DamConstruction)1990年出版的《1990小水电》刊登了全球19个小水电总装机容量超过100MW(单机容量小于等于2MW的项目)的国家的排列图(见图),对世界各国小水电的发展概况提供了一个初步概念。

 

 1990年小水电总装机容量超过100MW的国家排序图

小水电具有与大水电(largehydro)相同的优点,即:不污染大气;使用再生能源,无能源枯竭之虑;成本低廉等。但与大水电相比较,又有许多不同点。缺点有:①这类水电站,多数无调节性能好的水库,发电能力有明显的季节性,年际间所能提供的电能也不均衡,适应负荷的能力差;②单站装机容量小,水电站位置很分散,难以远距离传输,对大电力系统的作用不大。优点有:①对生态环境影响的正效应大,负效应较小,甚至没有;②淹没土地少,移民问题小,且容易解决;③多数情况可用当地建筑材料,可吸收当地劳动力建设,从而降低建设费用;④设备易于标准化,有利于降低成本,缩短建设工期;⑤一般距负荷近,电能损耗小。因此,小水电比较适用于向广大农村和山区供电。

世界小水电的发展最早修建的一批小水电站是在19世纪晚期至20世纪初。如美国第一座小水电站——威斯康星(Wisconsin)州福克斯(Fox)河上的容量为10.5kW小水电站建于1882年;南半球第一座小水电站——新西兰里夫顿(Refton)的容量为20kW小水电站建于1988年;中国境内最早出现的小水电站是日本帝国主义侵占台湾省时期,于1905年在新店溪支流上修建的龟山发电站;而中国大陆的第一座小水电站是云南省石龙坝水电站的第一厂,装有2台单机容量为240kW的混流式水轮发电机组,19107月动工,19124月投产。

20世纪二三十年代后,大工业和大城市的用电负荷迅速增长,电力系统的规模不断扩大,小水电对电力系统的作用越来越小,且其单位千瓦造价较高。当时,大中型水电工程技术已日趋成熟,因而许多发达国家大规模修建大中型水电站,小水电不但发展很少,甚至停运拆除大批小水电站。20世纪中期,一些原来小水电比重很大的国家,其小水电比重迅速下降,如挪威,1944年小水电装机容量占全国水电站总装机容量的26.6,到1979年小水电的比重只有4了。

70年代后期,能源危机出现,多数发达国家水能资源已开发到一定程度。开发条件较好的大中型水电站站址几已开发殆尽,造价也增加,生态保护的要求对开发大中型水电站的制约又日益严重,因此,在80年代又重新出现世界范围兴建小水电的高潮。挪威在1979年查勘了3001000kW的小水电站500座,其中包括不少以前停、拆的小水电站。美国对原为防洪、灌溉等非动力用途的50000座大坝,进行了研究,发现其中有15000座可安装小水电,每座的可安装容量为10001500kW,总容量可达26600MW;此外改造一批小水电站,还可增加容量10800MW

此时,许多发展中国家也制定了小水电发展计划,小水电建设在80年代大都有不同程度的发展。这一时期,中国的小水电建设进入了持续稳定发展阶段,每年新增装机容量700MW左右。

在推动小水电发展方面,联合国有关组织多次召开国际会议。第一次国际小水电会议是1979年在尼泊尔首都加德满都召开的,会议发表了《加德满都宣言》(关于国际合作决议)。后来198181021日,在肯尼亚首都内罗毕召开的、有124个国家近4000人参加的联合国新能源与再生能源大会上,小水电作为最现实、经济的可再生能源,受到了普遍重视。经联合国创议,由中国政府承办,在中国杭州建立了亚太地区小水电研究培训中心,以加强国际交流与合作。

中国小水电的发展中国的小水电资源十分丰富,理论蕴藏量约1.5亿kW,可开发容量70000MW,相应年发电量约20002600亿kW·h

1949年以前,中国仅有小水电站20余处,总容量2000kW50年代,结合水利工程建设,建设了一批小水电站,共8975座,总容量255MW

60年代,国家大电力系统发展较快并向部分农村延伸,因此这一时期小水电发展缓慢。1969年国务院在福建省永春县召开了全国小水电现场会议,总结推广永春县自力更生办小水电的经验,制订了“谁建、谁管、谁有”等政策和“治水办电相结合”的规划方针。充分调动了各地的积极性,形成了60年代至70年代全国小水电的大发展时期。到1979年,全国小水电总装机容量达到6300MW

1983年,国务院正式制订颁发了“积极发展小水电,建设中国式农村电气化试点县”的计划。并由水利电力部制订颁发了初级农村电气化县标准SD178-86,同时选定100个以建设小水电供电为主的初级农村电气化试点县。计划从1985年正式实施,1990年超额完成,共有109个县达到了预定标准。5年间,109个县的小水电装机容量由1406MW增加到2446MW19913月又开始了建设第二批200个初级农村电气化县的计划,要求1995年建成。

由于农村经济发展的要求,同时采取了正确的政策,中国的小水电建设取得了巨大的成绩。到1991年底,中国小水电装机容量达到了13446MW,年发电量371亿kW·h

小水电的特点及其技术发展方向小水电和大中型水电站一样,都是水力发电,但它不是小型化的大水电。小水电本身具有一系列特点,如:①分散性,即单站容量不大,但其资源到处存在;②对生态环境负影响很小;③简单性,即技术是成熟的,无须复杂昂贵的技术;④当地化,即当地群众能够参与建设,并可尽量使用当地材料建设;⑤标准化,即较易于实现设计标准化和机电设备标准化,以降低造价、缩短工期。小水电的规划、设计、施工、设备制造和运行管理要适应这些特点,方能达到技术先进、运行可靠、投资经济和成本低廉。

小水电发展的主要方向有:

(1)加强规划。一些国家和国际组织编制出版了一些规定、导则和手册,如:1980年美国垦务局制订的《在现有工程上发展小水电的评估报告》;1982年美国陆军工程师团编制的《小水电可行性研究手册》;1991年中国水种部颁发的《农村水电及其电网规划导则》和《小水电建设项目经济评价暂行规定》;1991年联合国亚太经社会与欧洲共同体合作编辑出版的《农村电气化导则》等。这些指导性文件,除载有小水电规划设计中的技术方法、技术标准、经济分析和财务分析方法等具体工作内容外,对小水电及其电网的规划指导思想也有所阐明,如:尽可能实现河流多目标开发,取得防洪、灌溉、航运、供水、水产养殖、旅游等综合效益;在防洪、灌溉等非发电水库装机发电;分散布点,就地供电,既可有效利用水能资源,又可避免长距离输电;尽可能实现河流梯级开发,在上游山区修建龙头水库,既能提高小水电的调节性能,又无很多淹没和移民,对生态环境也不致产生很大负影响等。

中国制订了“积极发展小水电,建设中国式农村电气化试点县”计划,并分阶段选定一批又一批县,作为试点。在实施计划过程中,对规划、设计、施工、验收和运行管理等各阶段工作制订了一整套技术规范,并提出了多种发展模式,具体指导各县的规划工作。这种做法,加快了中国小水电的发展。

(2)简化设计和采用简单适用的机电设备。世界各国对此进行了大量摸索,特别是对小小型和微型水电站,积累了不少经验。在土建方面,如:1968年马来西亚国家电力局编写的《小水电简易、低造价土建工程的设计与施工基本导则》,初步总结了东南亚国家的经验,针对可行性研究、现场勘测、发标、承包等阶段,提出了一些简化措施和简易设计方案,如虹吸式电站进水口,采用PVCHPDE等非传统材料压力管道,简化工艺等。在机电方面,如:采用无导水叶水轮机;采用电子负荷控制器代替调速器;采用异步发电机;采用线路重复器;采用模式变电站等。

(3)采用当地材料。中国在这方面的经验十分丰富。已建坝高30m以下的各种土坝近8万座,坝高超过20m的浆砌石拱坝500余座。其他还有浆砌石重力坝、圬工硬壳坝、干砌石坝,以及各种土石坝、堆石坝等。

(4)标准化。对水轮机的标准化和系列化,各国观点比较一致。1986年联合国工业发展组织(UnitedNationsIndustrialDevelopmentOrganization,UNIDO)编制的《小型水轮机应用导则》中,一半以上篇幅讨论这个问题。中国在小型水轮机标准化方面,作了不少工作,如:①制订小型水轮机转轮型谱,覆盖2260m水头范围;②在模型转轮型谱基础上,经调整补充,进行统一设计,形成500kW以下,8个转轮、32个品种的水轮机产品,覆盖水头范围2270m,流量范围0.078.6m3/s;③经过对已建成的同类电站进行调查,并结合型谱要求,制订了50010000kW的定型产品,包括19个转轮、53个品种,覆盖水头范围3450m,流量范围0.262.05m3/s。采用标准化产品,从某一具体机组,有可能效率低一点,但价格便宜,交货期短,设计资料现成,对农村小水电,仍是利大于弊。

土建标准化,一般认为比较困难,但也有许多尝试。19875月联合国工业发展组织在中国杭州召开“小水电标准化专家组会议”,会上工业发展组织秘书处介绍了瑞典、挪威等国家提出的6种小型水轮机及厂房定型设计。

采用标准化设计和定型机电设备,可大幅度降低造价。20世纪80年代中期,印度尼西亚在北索马利亚(Sumalia)建造6座水头、流量相近的小水电站,采用容量为750kW的同型号机组和标准化的进水口、闸门压力管道、厂房等,其单位造价为1439美元/kW;而另5个同类型小水电站,采用非标准设计,平均单位造价为3006美元/kW

(5)选择合理的自动化水平。小水电及其电网自动化的目的,在于提高运行可靠性,改善电能质量,改善劳动条件,保证人身和设备安全,进行优化调度,增加经济效益。发展中国家多采用手动或半自动监控。发达国家多采用自动监控、无人值班。中国近年来,做了许多试点研究工作,已有40多个地区和县的地方电网采用微机监控。

(6)加强技术管理。在这方面,发展中国家与发达国家相比差距较大。例如中国,全国小水电平均年利用小时数为3118,地方电网平均线损达1520。而

一般水平,除预计担任峰荷的外,年利用小时数为4000h以上,线损在78以下。

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