（水文学及水资源专业论文）布隆迪共和国微水能资源开发的研究.pdf

摘要 摘要 本文针对当前国际水力发展和环保要求的总趋势，结合布隆迪具有微水能资源丰富， 长年有水且很少开发，森林砍伐严重，环境日趋恶化及国家贫穷等特点，提出了两项软件 及三项硬件的新观点和创新研究。 两项软件是针对布隆迪急需制定脱贫致富振兴国家的优选意见，本文对此提出合乎 国情推行微水电建设的战略性并与其它能源形式作一比较( 见1 4 章) ，另一软件项目是 从技术上提出实施措施并通过实例证明可行的战术性方法( 见第6 章) 。 = 项埂件分别是： 夺针对布隆迪的水溪、小河含沙量较大的难点，提出应用离子束注入提高发电机组抗腐 蚀性能的研究，并给出可用的成果； 夺又针对微水电特点与并联送电的需要，探讨了微水电输电的并联技术，并通过实验 取得了符合布隆迪要求的成果： 夺还针对布隆迪微型水电站一般作用水头较高( 约4 0 m 以上) ，对输水管道的发电机 部分引水管道的损失十分重要，对此提出并实验成功减少损失的优选经验，这三项均有 明确的创新意义( 见第5 童) 。 从而使本论文基本上解决了布隆迪推行微水电政策的重大问题，得到了国家水利部、国 家水电公司和许多投资者的关怀和重视。 瓜关键词卫：乡村环境，能源需求，微水能，离子束注入，环境保护。 1 v目录 a b s t r a c t h 1v i e wo fg e n e r a lt r e n do fi n t e r n a t i o n a ld e v e l o p m e n to fh y d r a u l i ct e c h n o l o g ya n d e n v i r o n m e n tc o n s e r v a n c yr e q u i r e m e n t i nc o n j u n c t i o nw i mt h ef e a t u r e st h a tb u r u n d ii sa v e r yr i c hc o u n t r yi nm i c r o h y d r o p o w e rr e s o u r c e s c o n s i d e r i n gt h a ta l lt h o s er e s o u r c e sa r e n o ty e td e v e l o p e d ，f o r e s tf e l l i n gi sb e c o m i n gd a i l ys e r i o u s ，t h ee n v i r o n m e n ti sw o r s e n i n g a n dt h ec o u n t r yr e m a i n si np o o rc o n d i t i o n ，t h i st h e s i sp r o p o s e dn e wv i e w p o i n t sa n dm a d e i n n o v a t i v es t u d i e so nt w os o f t w a r ea s p e c t sa n dt h r e eh a r d w a r eo n e s t h et w os o f t - w a r ev e r s i o n sa r ep r e p a r e dw i t ht h ev i e wt h a ti ti s u r g e n tf o rb u r u n d i t o w o r ko u tp l a n st og e tr i do f p o v e r t ya n dr e j u v e n a t et h ec o u n t r y i nt h i st h e s i s an e w s t r a t e g y t oi m p l e m e n tc o n s t r u c t i o no f m i c r o h y d r o p o w e rp r o j e c t si nl i n ew i t ht h ec o n d i t i o n so ft h e c o u n t r yh a sb e e np u tf o r t h ( c h a p t e r l 一4 ) ，a n dt h eo t h e rs o f t w a r ei n c l u d e sm e t h o d so f i m p l e m e n t a t i o nt h a th a sb e e np r o v e df e a s i b l ei np r a c t i c e ( c h a p t e r6 ) t h et h r e ep r o p o s a l so nh a r d w a r ea r et h ef o l l o w i n g ： - f a c i n gt o t h ed i f f i c u l tp o i n tt h a tt h es m a l lr i v e r sa n db r o o k si nb u r u n d ih a v eh i g h s e d i m e n t c o n t e n t ，t h er e s e a r c ho ni o nb e a mi m p l a n t a t i o nt oi m p r o v et h ea n t i c o r r o s i o np e r f o r m a n c e i n t om i c r o t u r b i n e s h a sb e e n d o n ew i t h g o o d r e s u i t s 一f a c i n gt ot h ep r o b l e mo f m u l t i c o n n e c t i o n sf r o mg e n e r a t o r st ot h eu s e r sd w e l l i n g - p l a c e s ， e x p l o r a t i o no fp a r a l l e lc o n n e c t i o nt e c h n o l o g yf o rp o w e rt r a n s m i s s i o nh a sb e e nt r i e dw i t h s u c c e s s f u lt h r o u g h e x p e r i m e n t sw i 也t h e m o d e l p r o j e c ti nb u r u n d i 一i nv i e wt or e d u c ep r e s s u r el o s st h r o u g h d i v e r t i n gp i p e sf o rt h eg e n e r a t o r sw h e nt h e ya r e u n d e r h i g hw a t e rh e a df u n c t i o n i n g ( a b o v e4 0 m ) ，t h ee x p e r i m e n tf o ro p t i i i l i z a t i o no ft h o s e p i p e sh a s a l s ob e e nd o n es u c c e s s f u l l ya 1 1t h e s et h r e ei t e m sh a v ed e f i n i t ei n n o v a t i o n s i g n i f i c a n c e ( c h a p t e r 5 1 t h i st h e s i sh a sb a s i c a l l ys o l v e dm a j o ri s s u e si ni m p l e m e n t i n gt h em i c r o h y d r o p o w e r p o l i c yi nb u r u n d i , a n dh a sa t t r a c t e da t t e n t i o na n dc o n c e r nf r o mt h es t a t em i n i s t r yo f w a t e r c o n s e r v a n c y , s t a t eh y d r o p o w e rc o m p a n y a n d m a n y i n v e s t o r s k e y w o r d s ：r u r a le n v i r o n m e n t , e n e r g yn e e d s ，m i e r o - h y d r o p o w e r , i o nb e a m i m p l a n t a t i o n ， e n v i r o n m e n t c o n s e r v a n c y 望童一1 一 前言 直到2 1 世纪初的今天，能源的缺乏仍然是国家不发展最明确的要素之a 这并不是 说不发展国家没有技术或者财力来开发此领域，而更多的是因为缺少能够在此领域提供 帮助的发达国家的公司的合作，造成缺少这方面的信息。事实上，对于不发达国家，尤 其对于非洲国家，在能源领域的规划方面应不可避免她开展尝试性的工作。他们都致力 于大规模的项目，这些项目经常都远远超过国家的财力，仅仅针对城市中心的能源。更 严重的是，在这些国家内大多数人口( 9 0 以上) 生活在乡村环境中，没有任何形式的 可靠能源。一般而言，这些国家的经济极大的依赖于农产品。 确实，存在着多种形式的能源，不发展国家根据各国的特色按其地形地质、技术经济 和环境条件下，可以将乡村区域开发起来。但不幸的是，这方面的研究和宣传太少。例 如，在中部非洲，包括布隆迪、卢旺达，坦桑尼亚的西部、刚果民主共和国的东部和乌 干达南部的大湖地区基本靠乡村的粮食蔬菜产品生活。此地区有着大量的全年持续有水 的微水电资源，但直到如今，在该地区未实施对这些资源的开发作任何研究。 为此，经过我个人的努力，开始在布隆迪的g i t a z a 建造实验型水电站工程，在 r e g i d e s o 框架内，用“中国江苏省科技发展集团公司”提供的装备，我得到了用于发 表本论文的充分技术信息和实验经验。我将论文命名为：“布隆迪共和国微水能源开发的 研究”a 论文的创新点在于首次在布隆迪国土环境下引入利用低流量低水头的水资源来建 设一个微型水力发电站，面提供农村环境中的电气化，比太阳能和沼气能还可靠的新的 途径。同时，还给出实行微水电开发在布隆迪实际应用中的技术实旌方法，并给出针对 布隆迪多泥沙河流如何应用高技术来提高转轮的抗腐蚀能力。以及如何解决当地必需解 决的机组并联输出电能和克服高水头输水管道损失过大等问题，以上五点从战略、战术 和具体实施技术上解决了过去在布隆迪多年来未能进行农村电力开发的难题。 论文中分为以下7 个章节 l ! 堕壹一一 第l 章是绪论，说明了问题的提出，明确了要达到的主要目标和采用的方法利战略， 并利用几个国家的例子来描述微水能资源开发在发展国家的研究现状及发展趋势。 第2 章介绍布隆迪的社会经济现状。包括地理概况，水文气象条件，社会经济上存在 的问题以及政府所作的努力。 第3 章开始进入到水电领域，介绍国内水能潜力及其开发现状，主要介绍国内电力的 生产和电力消耗，同时强调基本公共事业和独立家庭的电力需求概况，因为这是本论文 所阐述的开发对象。 第4 章关键来介绍乡村地区微水能资源开发的必要性。它首先对乡村的能源需求作了 评估，再次对乡村中已经尝试开发的不同能源形式作了简介，最后得出结论：最终必须 转向微水能资源的开发。 第5 章介绍微水能资源开发的基本理论。这里包括某些计算理论，枢纽建设原理，建 筑物质量有关的要点等。在本章中，对微型水力发电站的装备也作了全面的技术分析， 最后提出了关键的创新点。 第6 章是具体情况的详细研究。以布隆迪b u j u m b u r a 省m u h u t a 县为例，作了一个微 水能资源开发的研究技术模型。在本章中，用技术设计和效益研究来论述g i t a z a 的实验 水电站工程。由该实验工程来证明在布隆迪和其它中部非洲国家微水能资源开发在技术 上的可能性，旌工上的可行性和经济上的合理性。 第7 章为晟后一章，由结论构成。在本章中说明了本论文在国家社会经济发展中的 指导意义，同时给出本研究在国内的水电开发计划中有关的创新点。在本章中也描述了 研究工作中所遭遇的困难和有利条件，并给出了对以后研究有益的一些建议。 论文的结尾是向所有或多或少对本论文的完成有所帮助的所有人员表示感谢。 第1 章绪论 1 第1 章绪论 1 1 问题的提出 布隆迪宪法第4 3 条：“国家有义务推动国家的发展，尤其是乡村的发展”。但是， 能源的贫乏对于发展中国家而言，直被视为是最沉重的话题，尤其是在布隆迪。根 据1 9 9 3 年的世界能源协会的报告，为发展能源，提高能源效率并减少能源对环境的影 响产生的后果，首先要采取的措施是开发绿色能源。m 在目前形势下，我的国家布隆 迪属于世界最贫穷的国家之一。人均分配额，集中的电气化的比率为1 8 。此比率在 乡村变的几乎为零( 0 0 0 1 ) ，而乡村有9 0 的人口。然而，布隆迪是一个水力资源 很丰富的国家。可开发的河流和水流分布在整个领土上。国家的水电潜力被评估为 1 3 7 1 0 0 0 k w ，已开发的能源却未超过3 1 8 8 7 k w ，雨其中，在整个领土上，乡村独立的 小型水电站提供的电力不到7 0 0 k w 【a 4 1 。鉴于以上事实： 一布隆迪人口中的大部分还未使用上电。他们用木材取暖，用石油照明。这样国家每年 要进口超过4 万吨的石油来满足内需，另一方面能源资源又十分丰富。 - 乡村环境中的社会经济下层建筑，比如镇上的行政办公处、卫生中心、学校机构等 等，都未用上电。 - 手工业、工业和农业产品的传统工艺因为缺乏能源一直未获发展圈。 因此，在反贫穷的斗争和可持续发展的推进中，国家政策的一个着重点应该是重新审 视这种形势，目的是：一确保大部分的人能触及能源， - 以充足的数量给工业和手工业活动提供高质量能源， 一满足基本的家庭能源需要，同时注意保护环境嘲。 因此我将我的博士论文导向环境和水的管理，在g i t a z a 建设一个小型的实验性电站， 以表现出在布隆迪开发小规模水电站的可能性。我们为此得到了b u j u m b u r a 的 r e g i d e s o 方面的物质和财务支持，以加强以前由矿业和能源部以前所作的研究并得到 国家水电潜力的最理想的开发。我希望本论文在布隆迪的乡村环境发展和开放方面，为 更深层次的研究打一个基础。 1 2 研究方法和战略 方向正确的初步研究可以给更深层次的研究提供稳定的基础。为了达到此目标，相应 的方法和战略如下： 1 2 1 方法 在本论文中使用的方法依靠于4 个阶段：调查( 问题的鉴别) 、方案的研究( 问题解 决手段的比较) 、实验( 一个实验性电站的建造) 和结论( 对于乡村环境的一个具体 项目的建议) 。 三 塑塑查堂壁主堂垡堡塞! 塑堕垫茎塑里塑查鐾童塑茎垄盟堑塞一 1 2 1 1 调查 调查阶段占4 0 的全部研究工作。它也可分为两部分：一部分是在中国调查找能给我 国提供帮助的可靠集团公司，了解该公司的产品概况，一直到在该公司作产品的可靠 性实验。另一部分是在布隆迪调查社会经济现状，国内能源开发概况尤其是水能资源 开发现状，以及选择现场实验的区域。 1 2 i 2 方案的研究 在布隆迪对能源开发利用以提高人民的生活水平有多种建议。其中已经尝试过只有太 阳能和沼气。所以，在该阶段，我们不仅对太阳能和沼气作了一个技术经济的比较而 且又引入了微水能资源开发这一新的方案。 1 2 i 3 实验 这个阶段是关于微水能资源开发研究的要求。它也分为两部分：一部分是在中国作微 型水力发电机组可靠性有关的实验，另一部分是在布隆迪利用中国的装备建一个实验 微型水力发电站，包括它的设计、施工、运行和环境中的效益。此电站的建设和运行 试验给我们提供了很多以后用于微水能资源开发研究所需的必要元素。 1 2 i 4 结论 在这个阶段中，问题通过证实或者实验的材料中得出结论，而且在布隆迪实验区域中 作了一个乡村电气化项目的具体计算模型。 1 2 2 战略 本论文研究工作的完成是经过以下三个主要战略：耐心、财务和设备支援的要求、以及 和布隆迪的r e g i d e s o 人员和干部的良好合作。 1 2 2 1 耐心 在天津大学本人读硕士学位的期间，从1 9 9 7 年6 月提出布隆迪微水能资源开发方面的 研究意见。那时候没办法和有关部门联系，必须要等到南京河海大学同意我继续读博 士研究生，才便于将此问题推荐为我的毕业论文的题目。2 0 0 1 年1 2 月此项目顺利批准 1 2 2 2 财务和设备支援的要求 本人是从1 9 9 9 年开始向我国驻华大使馆申请该研究有关的财务支持。那时候的布隆迪 大使，虽然他作为第一人理解该研究的必要性，但由工作忙的原因，没有得到任何反 应。要等2 0 0 1 年来到北京的新大使n k u r u n z i z aa l f r e d 上校，才开始真正的工作。 该大使本人于2 0 0 2 年1 月8 日至9 日从北京来到了南京，和江苏省科技发展集团公司 的管理部门进行了接触，目的是说服他们能够免费提供装备。该大使也继续和 r e g i d e s o 的总经理进行了富有成果的接触，首先确定旅行费用以及装备的运输费用由 r e g i d e s o 来支付，r e g i a e s o 将继续确保实验工程的总体框架的实施。 1 2 2 3 和r e g i d e s o 的良好合作 本研究从r e g i d e s o 管理部门的特殊框架中受益很多。总经理，m s c i rn i y o n g a b o p h i l i p p e ，同意在每次需要时安排一辆工作汽车、一些工程师和技术人员投入到实验工 一 墨! 童堑燕3 一一 地。但是，因为人员是来自于许多部门，每次都必需按照每个部门内部的不同规定进 行才能取得进展。因此，正因为有了和此企业高级干部保持的良好合作，尽管遭遇到 困难的情况，我们还是将实验阶段的工作进行到底。 1 3 研究的目标 1 3 1 主要目标 本研究作为布隆迪微水能资源开发的研究基础，它的主要目标有3 条； 第一是利用新技术和有关的装备来证明对布隆迪乡村地区的综合发展，微水能资源开 发的地位，所以来证明它在经济上的合理性，施工上的可行性和技术上的可能性。 第二是对将来的国家有关技术标准制定，作一个可靠的参考基础。 第三是经过多次实验来提出符合布隆迪水能资源条件开发施工所需装备的新规格。 1 3 2 特殊目标 本研究的特殊目标在于按在布隆迪作的实验微型水电站方式，形成乡村电气化项目的 开端。通过社会公用事业的照明来开始解放乡村居民。和江苏省科技发展集团公司及 布隆迪农村用电开发公司的接触将会继续。 1 4 国内外研究现状及发展趋势 微水能资源的利用和能源开发与环境保护，一直是国内外关注的问题，尤其在2 l 世纪 伊始，对减少污染性能源，加强清洁能源的开发已经提上日程。当前国际上微水能源 的开发，在欧美发达国家中已有较成熟的技术，但其价格昂贵，且存在一些技术上不 适于发展国家的弱点睁1 ，面在发展国家和最不发展国家中尚缺乏完整的优良设各。通 过调研和比较得知，其中以中国的技术较为先进1 8 - 9 | 。引人注目的是1 9 8 1 年中国与联 合国开发计划署合作在杭州建的亚太地区小水电研究培训中心，经过2 0 年来的实践， 培训中心曾为6 0 多个国家培训了6 0 0 多名学员，同期派出多名专家分赴二十多个国家 开展了微小水电的咨询活动，与九十多个国家进行了刊物和资料交流，水电合作项目 扩展到马来西亚、越南、古巴、圭亚那、印度、印尼、屈泊尔，巴西及巴基斯坦等国 家。在这些交往过程中，微水电是众多国家迫切关注的重点问题可见，以上的技术交 往中，非洲国家都还没有出现【l o l 。下面把中国，巴基斯坦及尼泊尔三个国家作为例来 介绍微水电在发展国的开发概况。 ! 塑查查兰堕主堂焦堕壅! 查堕垫基塑里塑查堂篁塑要塞堕堕塑一 1 4 1 中国微水能资源开发的状况 1 4 1 _ 1 中国微水电开发在电力开发和环境保护中的地位与作用 a 概述i “ 微水电开发是一项事微意重的问题，看一台微水电的发电能力似乎微不足遒，但 它具有大中小水电，汽油，柴油微发电机无法取代的优点；它有对环境保护减少大气 温室气体效应的巨大潜力，它有对改革开放中的薄弱环节一老，少，边，穷地区，不 仅可以给世世代代无电可用的人们带来光明，同时还会带来政治，经济，文化和艺术 多方面的信息；它还可以促进经济落后地区发展农副业加工，发展小型乡镇企业，这 是关系到1 2 亿至2 0 亿无电或缺电地区人民的大事，应予关注。从市场经济，投资环 境而言，开拓此项能源，投资低廉，量多面广，易建易管，可以一户，几户，一村， 一厂自办，或多户联办，以9 6 年一季度的物价估算，1 k w 微水电机组成的投资约为 3 1 5u s $ ，此项投入，大部分用户可以承担，少部分贫困户可以扶植其开发，前景应很 广阔，故建国以来，在中国水电建设的历史上，它有着发展，衰退，再发展的过程， 显示出工程虽小，也要求一定的技术根据当前科学技术的发展，微水电关键技术的进 展，市场意识的深化和开拓，结合中国用户条件及国情，可以用较快的步伐开发出具 有高新技术含量的微水电技术转化为生产力，开展微水电的二次开发，使微水电成为 中国电力建设中一支不可取代的组成部分，构成完整的大、中、小、微体系，并成为 广大无电地区脱贫致富或奔向小康的能源支柱。 b 微水电开发的历史状况 i l “1 对微水电的装机容量的划分，在国际上多指1 0 0 k w 以下在中国还没定较明确的标准， 多指1 k w 至5 0 k w 为微水电，5 0 k w 以上为小水电。中国对小水电的开发业已奠定了 一定基础，在中国2 3 0 0 个县或县级市中，其中1 6 0 0 余县已建多种类型的小水电站， 功率在1 6 至6 3 0 k w 的居多，有8 0 0 个县靠小水电供电，通过对小水电的多年开发， 在1 6 至6 3 0 k w 的机组已形成系列产品，共八个系列，四种机型( 混流，轴流，冲击 及斜击) 共3 2 个品种，水头范围2 m 至2 7 0 m 。流量0 0 7 至8 6 m 3 s 。这一局面表明小 水电开发不仅有广阔的前景，同时也表明微水电有更加广阔的天地。 微水电的开发情况实际上未能像小水电那样得到迅速发展，过去由于重点未放在这一 方面，技术力量也未能充实配备，尽管过去也进行过一些工作，例如：1 9 5 8 年前后曾 对3 k w ，5 k w ，8 k w 系列的微水电开展一些专门研究，但未能形成市场产品，1 9 8 3 笙! 兰堕丝3 年农业部和国家科委曾列过农家微型水力发电装置的研究课题，研制了单相小功 率异步发电机和配套电子自动负载调节器，对解决微水电输出电压和频率不易稳定做 出了贡献，同时研制了一种灯炮贯流式机电装置，在8 0 年代，南京农机所曾先后研制 了w s 系列，轴伸贯流式w z 系列和流速型w l 系列和发电机自稳压系统。综合国内 各地自发形成的微水电产品，已涉及到轴伸贯流式，灯泡贯流式，斜击式，流速式和 水车式，现在自发生产布局的生产厂家在广西，四川，湖南，江西，江苏，浙江，安 徽，河南等1 4 个省市共4 0 余家进行过此项生产，生产条件差异很大，大部分系乡镇 企业转产，少部分是正式厂家，迄今尚未形成合乎要求的系列产品，全国己装机约2 0 万台，销路较好的几年年平均增设2 万台，由于存在问题较多，迄今尚未能进入良性 循环。 c 微水电发展的前景l i , t - i # l ( 1 ) 微水电装置的发展既符合国家政策又为无电有水地区所急需 中国目前无电地区人口为1 2 亿，缺电地区人口约1 亿左右，针对这样众多人口无电缺 电问题，由电力部提出，国务院认可，国家在1 9 9 4 年6 月部署了“实旌电力扶贫共富 工程，”提出了“今后7 年内，要集中人力，物力，财力，基本解决目前全国农村无 电人口集中地区的用电问题，”与此同时，尚有数千万散居人口，也需尽快解决用电 问题，从无电地区可以了解到，随着改革开放的进展，随着人们对文化生活的需要， 微水电是一项十分适合有水电地区发展电力需要的有效措施。 ( 2 ) 微水电的作用愈来愈被人们所认识 通过水力资源调查表明，中国大中型水电资源理论蕴藏量6 8 亿k w 。可开发资源3 7 亿k w ，已开发量不足6 ，小水电蕴藏量1 5 亿k w ，可开发资源o 7 2 亿k w ，已开 量不足1 2 ，中国微小水电资源大部分分布在占整个国上面积6 0 的山区，大有潜力 可挖。在上述大中型的蕴藏量和开发量中，有非常大的水能资源成为不能利用或不能 充分利用的财富，显然，这些水能资源很适合微水电开发，这些开发会涉及到：在大 中小型水电站的上游可以开发微水电而不影响水能的第二次利用，在水源虽有但不足 以建大中小型地区只要有微小水能，微水电即可因地制宣加以开发利用，现有资料表 明微水电可开发量为8 0 0 0 万k w 。由于微水电一次性投资后几乎没有运行管理费用， 因此，对电网末稍部分，如有微水电型供电时，可以将电网电量移至他处使用，有利 电力开发，又使改用微水电用户节约投资提高用电质量。由此可见，微水电适应性与 适用性均强，这将是电力建设中不可忽视的力量，其作用可归纳为： ! 翌塑奎兰塑圭堂垡笙塞! 塑堕望茎塑里丝查堕垦堡茎垄堕竺壅一 充分发挥中国水能资源的作用 有利于中国电气化发展计划，可承担电网无法解决地区的用电困难 促进农副产品加工业的发展 结合推广电饭煲，电热器，可大量节约烧煤，节省能源有利于保护山林生态，促进 农家致富。 节能效果显著，1 k w 微水电机组年发电效率按0 8 计算，每年可发电7 0 0 0 k w h ，每 k w h 按o 0 5u s $ 计算，即3 5 0u s $ 元使投入资金当年可以收回，如用来和烧煤相比可 节约2 5 吨煤，与烧柴相比可节约数万斤柴草。 加速电气化进程 减少大气温室效应，不仅对中国乃至对全世界环境保护作出贡献。 中国现有人口1 3 亿人，约占世界总人口的四分之一，其中绝大部分为农业人口，约占 人口总数的8 0 。这数量庞大的人群，长期以来在能源使用上，普遍采用燃煤和烧 柴，作为生存活动中所需的生活用能，从而造成十分严重的森林植被破坏、水土流 失，大气中温室排放气体含量增加等一系列生态环境恶化问题。根据国内外能源专家 的大量的措拖之一是大力开发农村有水源地区的微水电资源。例如，开发1 0 0 0 万千瓦 微水电即可节煤2 0 0 0 万吨，减少温室气体排放量7 0 0 万吨。若能全面开展微水电开 发，则对环境保护及生态平衡所起的作用是显而易见的。 促进农村改革开放，有利于两个文明建设的发展 ( 3 ) 中国科学技术的发展与改革开放的政策相结合。 在微水电技术开发过程中，过去由于政策关系使主要力量和高新技术未能与微水电技 术发展相结合，以致长期处于较低技术水平，在性能上存在较多缺点。不能适应国内 市场的要求，更难以进入国际市场。近年来，随着高新技术的发展，较全面的改善和 提高微水电技术水平已有良好的技术储备，兼之，改革开放政策，日益深入人心，涉 及面已伸至穷乡僻壤，市场意识和条件均日趋好转，故为二次开发微水电提供了良好 的客观条件。 1 4 1 2 中国开发微水电市场势在必行陋1 8 l a 引言 最近几年，中国用于农村电网建设和改造的资金已经超过2 0 0 亿u s $ ，使农村的 无电人口从7 6 0 0 万减少到了2 3 0 0 万，农村供电状况得到了很大的改善。但是，由于 地理和经济上的原因，全国农村电力的发展还不平衡，现存的无电户大都远离电网， 一 篁! 重堕笙7 - 一 加上崇山峻岭的障碍和人口居住的分散，如果电网建设再向山区延伸，其每公里的建 设费用将成倍增加，并且，无电人口的数目也不会因电网延伸而明显减少据农村能 源专家分析，全国现存的许多无电山区在2 0 年之内不可能通过延伸电网来实现供电a 无电、缺电、电费过高仍然是制约全国山区农村脱贫致富的主要原因之一a 如上所述，全国有8 0 0 0 万k w 的微水电资源，现有微水电的总装机容量为2 2 万 k w ，只占微水电资源的o 2 5 。而全国尚有2 3 0 0 万无电人口约8 8 0 万户其中约5 8 0 万户散居在微水电资源丰富的南方丘陵山区。因此，加快全国“光明工程”和“以电 代柴生态工程”的微水电行动计划的实施，解决无电户的生活用电问题势在必行。 b 中国微永能资源丰富，市场潜力巨大 微水电是指利用丘陵、山区村前屋后小溪中的流水进行发电，功率主要指在2 0 k w 以 下，不需要输变电，直接供给农户使用。微水电在全国山区农村社会、经济发展中发 挥着巨大的作用。在常年有水的西南地区( 布隆迪也如此) 微水电若每天有效发电 1 2 h ，机组寿命1 0 年计算，则每k w h 的成本只有o 0 1 5 u s $ 。而目前山区农村的电网 电费一般都在每k w ho 0 7 5 u s $ 左右甚至更高。农户照明和收看电视的用电量约为每月 3 0 - - 4 0 k w h ，烧饭9 0 1 0 0 k w h 。按数据资料可以算出，使用微水电电气化可使每农户 每年节省1 2 5u s $ 的电费。1 2 5u s $ 的数目虽然不大，但在山区农村这已经超过了每 年每户农民需交纳的各种税、费的总和。随着与微水电配套的各种微小型农副产品加 工机械开发成功，并进入山区农民的家庭，微水电已越来越成为山区农民生活中不可 缺少的部分。一台3 0 0 w 的电动碾米机，可使农民省去担着稻谷走几十里山路去碾米 的烦恼；一台5 k w 的微小电机组配套安装磨浆机后，每年可为腐竹生产专业农户节省 电费6 0 0 、8 0 0u s $ 。从全国微水电分布图可以看出，微水电资源主要分布在长江流域 及其以南地区和西藏地区，与风能、太阳能大致呈互补分布态势。其中。广西南、北山 地，云南，四川盆地北部等地，资源最为丰富。 全国微水电利用最早出现在上世纪5 0 年代。在8 0 年代中期，其生产、推广曾出现了 一次全国性的高潮，生产企业一度达到2 0 0 多家，年产微水电机组的能力达到2 0 万台 以上a 到了9 0 年代后期，微水电技术有了质的飞跃，中国成功开发出了新一代能自动 稳频的微水电机组。现在，生产企业已完成了设备改造，具有规模生产的能力，其单 一品种的年产销量可达数万台，用户只须根据所在地的微水电资源和用电需求选购所 需的微水电产品，直接作为照明、做饭取暖、收看电视和拖动微型农副产品加工机械 的电源。 ! 塑塑查兰壁主兰焦笙塞! 塑堕垫苎型里燮垄墼鋈塑茎垄塑婴墨一 现在市场上性能优良的微水电产品都配有自动稳频控制系统，这种自动稳压控频系统 有两种方式：一种是机械水控式，主要用于2 0 k w 以上级别的水轮发电机；另一种是 电子式，即配备电调器，主要用于千瓦以下级别。这两种系统经过真机实验，工作可 靠，用户使用起来非常方便。另外，微水电安装工程小，在安装时只须在山坳上挖一 段引水渠和一个容积约1 0m 3 的压力前池，并架设引水管即可。每k w 装机容量的机 组费、安装费( 包括电线及其架设费) 总和平均才3 7 5u s $ 左右。 c 投资微水电市场前景光明 如前所述，全国尚有2 3 0 0 万无电人口约8 8 0 万户。其中5 8 0 万户散居在微水电资源丰 富的南方丘陵山区，约占全国无电人口的6 6 。云南、四川、湖南、广西和重庆地区的 无电人1 2 1 最多，约占全国无电人1 2 1 的一半。这为微水电提供了广阔的用户市场。 ( 1 ) 居住分散的单家独户，其用电需求量很小，仅仅只是用于照明和带动小家电。选用 的微水电产品的功率较小，如仅用于照明，一般在1 5 0 w 5 0 0 w 范围内。如按以电代 柴要求，则需2 k w 左右，根据这些具体情况，我们推荐使用微水电独立供电系统，对 有枯水断流的地方可以配置沼气池、炊具、太阳能等解决烧饭问题。这样一来，价格 相对较低，安装和使用方便，用户可以自行对其维护和管理。由于微水电机组用水很 小时仍可供电，在枯水期，用户也可以因地制宜地采用蓄水措旌，维持夜发电，保障 照明。 ( 2 ) 村落、独立站点 村落( 居住相对集中的自然村) 和独立站点( 指边防哨所、微波站、气象站、公路道 班、边境1 2 1 崖等) ，迫切需要解决用电问题，其用电量也相对较大。一般选用千瓦级 以上的微水电产品，便于维护和管理。由于微水电的用户十分分散，任何企业都无力 直接给用户提供售前、售后服务，必须依靠县、乡两级农村能源站来进行微水电的推 广工作。所谓两级经销即是指县级农村能源站进行批发，乡级农村能源站作零售。两 级农村能源站可从中获得微水电机组出厂价与零售价之间1 5 。3 0 的差价毛利，从而 保证其推广微水电的工作经费来源，保护和提高其推广微水电的积极性。 目前，微水电的装机总容量约为2 2 0 0 0 0k w ，其中大多为旧机型。预计到2 0 0 5 年，全 国的装机总容量能达到5 0 0 0 0 0k w 左右，因此年产6 0 0 0 0 0k w 的生产能力应在2 0 0 6 年形成。微水电机组每k w 的产值为2 5 0 u s $ ，则年产值估计为1 5 亿u s $ 。其中，水 轮机等机械加工业约0 7 5 亿u s $ ，电机( 发电机) 制造业约0 6 亿u s $ ，电子电气加工业 约0 1 5 亿i j s $ 。 第1 章绪论 9 在“光明工程的前提下，全国现有微水电的设备资金投入约0 5 亿u s $ ，其中9 0 以上为农户自筹资金，各级地方政府的补贴累计不足0 0 5 亿u s $ ，基本解决了6 7 万户 农民的照明和看电视的问题，约占全国无电人口的7 。花如此小的代价，得到如此大 的回报，这是其它任何电模式都无法做到的。在当前“以电代柴生态工程”的要求 下，其投入与产出将规模更大，其优点更是其他篚源无法代替的。 中国现有微水电的总装机容量只占微水电资源的0 2 5 ，如果将全国微水利资源和利 用率提高到4 ，微水电装机容量达到3 2 0 万k w ，就可以解决几千万山区无电人口的 生活用电问题，能为国家节省上千亿元的电网电力建设资金。 中国丰富的微水电资源和微水电与生俱来的良好的经济性，决定了微水电在全国农村 可再生能源小电源中的重要地位。它不仅是解决全国山区无电人口问题的最佳手段， 而且在电网的山区推广也能起到减轻农民负担，降低农副产品生产成本，缓和电力供 需矛盾的作用。 1 4 2 巴基斯坦微水电资源开发现状i l ，一 2 0 世纪7 0 年代中期，技术开发组织( a t d o ) 在白沙瓦的西北边境省( n w f p ) 工程与 技术大学阿布多拉博士的技术咨询服务和支持下发起了推广微型水力发电技术的计 划，在巴基斯坦北部的边远农村建立微型水力发电站。他们的目标是制造适当的、其 技术当地人能消化和费用能承担的装置。到目前为止已经安装了座发电功率从5 k w 至1 5 k w 的发电站，随着这些装置安装消息的传播，发展速度将与日俱增。一些 规模达5 0k w 的发电站也正在建设。主要在晚间利用轴功率来发电以替代用于照明的 木材或昂贵的矿物材料。大约四分之一地区，也在白天用电来驱动各种不同的工具和 农业加工设备。除了成功地在边远的农村实施切实可行的发电计划以外，这一项目的 特点是异乎寻常的低成本，包括配电成本在内每k w 为3 5 0 至5 0 0u s $ 。这种低成本 主要归结于三个因素： 一非常规应用随手可得的材料； 一设计适合当地的条件： - 社团参与水电计划的发起，实施，管理，运行和维护。 对于微水电项目来说，由于初始计划的成本较高，所以在第三世界国家，该项目常常被反 对但对于巴基斯坦来说，特别在乡村地区，它对于这些惯例而言是个例外，对于他们的 应用经验应更详细地予以阐述。 ! ! 塑塑盔堂竖主堂焦鲨塞：鱼堕望茎塑里燮型堡塑塑茎垄盟堕塞一 背景 与延绵巴基斯坦大部分地区的平原形成鲜明对照的该国北部地区对道路修筑、电网延 伸和发展服务于该地区人民的基础设施带来了物质上以及人口统计上的障碍。山高陡 峭、崎岖不平，乱石遍布，再加上植被少，使环境更加恶劣，令人望而怯步a 在这些 山区，村庄分散，社团隔离，人们在荒凉的地带勉强维持生活。较绿色的可灌溉地块 通常局限在山谷靠近常流河道的坡上的狭长地带。更远的地区，如果耕作的话，必须 最大限度地利用该地区的低降雨量。 d ra b d o u l l a h 参与微型水力发电计划项目是1 9 7 3 年的石油危机促动的。第一 次石油开发组织( o p e c ) 石油禁运后全世界越来越多的组织和计划开始应对依赖进口石 油引起的问题。在巴基斯坦，两个不依靠进口矿物材料向边远地区提供电能的备选方 案最为明显。鉴于国家的电网依靠大型水力发电站，因此，电网延伸到这些地区是一 个选择方案。不过，水电开发当局( w a p d a ) ( 负责巴基斯坦发电、输电和配电的机构) 的年度计划提出的农村电气化展望是每年大约1 0 0 0 乡村。由于该国家4 3 ，0 0 0 个乡村中 四分之三没有电，这样将花几十年才能向大部分乡村提供电。乡村偏僻、人口稀少和 创收企业奇缺，这些综合在一起使通过延伸电网实现乡村电气化变得不经济。在现有 的系统下，电气化一个乡村的平均成本，即使这个乡村离主电网只有几公里，也达 5 0 0 0 0u s $ 。这个数字只包括配电成本，不包括输电成本。 另一个向乡村地区提供电力的选择方案是就地自发电。早在上世纪7 0 年代，水电部沿 着传统线路安装了几座微型水力发电站，但每千瓦成本为5 0 0 0 6 0 0 0u s $ ，这个选择 方案同样证明不经济。推行电网延伸或自发电所固有的高成本以及涉及的后勤与组织 上的困难似乎排除了乡村地区电气化的可能性。假如这一目标必需要达到，则似乎必 须开发一种新的方法，种旨在更恰当地化解乡村电气化中遇到的特定困难条件的方 法。科学与技术部属下的技术开发组织提出了一个制定一项更切实可行的方法的计 划。虽然山区许多乡村有水力资源，但依靠常规的设备和常规的设计方案造成了自发 电的高成本。这种方法也需要专家安装和持续对系统进行保养。最后，适当技术开发 组织从制造、安装、保养和成本的角度集中开发适合本地制造的设备设计。几次尝试 后，技术开发组织采用钢制的双击式水轮机设计作为最适合于当地条件的一种设计方 案。该设计方便制造、高效实用，似乎适合于地区常见的水头和流量条件。由于巴基 斯坦没有可用的新发电机，适当技术开发组织还设法用改装的发电机与水轮机匹配那 墨! 里笪兰 i l 时，发电机作为发电成套设备，整套发电机和柴油原动机的部分迸口没有单独进口。 改装发电机的企图没有成功；不过，后来适用的中国发电机出现在当地的市场上。 1 4 3 尼泊尔微水电资源开发现状 2 0 4 ” 尼泊尔也是一个其政府执行微型水电计划的国家。面临困难的境况一道路少，人口分 散但该国家的某些地方人口密集、地形崎岖、森林开伐以及无原产石油一尼泊尔人将 分散化水电方案视为最有希望的选择方案。政府在尼泊尔采取安装微型水电站的方法 清楚地表明了其它国家遭遇到不鼓励大规模按部就班的一些特性。这些包括： 人员缺乏动力： 官僚的拖延，造成电站运行前长时间的酝酿阶段； 计划成本过高； 依赖外资解决经费。 上世纪6 0 年代，一家在瑞士的援助计划下创建的位于加德满都的名为b a l a j uy a n t r a s h a l a ( b y s ) 的私人机器制造厂承担设计、制造、和安装了凡台螺旋桨涡轮机，用于驱 动谷物磨粉机。这一努力为另一个组织，联合国赴尼泊尔代表团，注入了探索微型水 电站的催化剂。通过它的b u t w a l 机器制造私人有限公司和开发与咨询服务机构，联合 国赴尼泊尔代表团不仅开始参与设计、制造、和试验涡轮机和相关硬件，而且开发了 一种切实可行的无补贴实地安装微型水电磨粉设备的方法。这种私人机构实旌微型水 电计划提出了一个令人振奋的可替代成本更高的政府官僚作法的方案。正是这种方法 使那些更有兴趣和动力的其它国家效仿，并向终端用户提供专款，让他们利用产生的 电能a 这种安装微型水电装置的方法的有效性是显而易见的，至8 0 年代初期，已安装 了6 0 台磨粉机，而且大多数是在边远地区。随着现有的水电磨粉机对这些边远地区的 居民有用性、可行性和收益性得到证明，实施的步伐日益增侠。 1 4 4 布隆迪微水能资源开发状况 2 2 - ”1 在水能资源方面，我国虽有自然条件的优势，但因经济和技术等原因，长期未能得到 有效发展，电力已成为该国经济建设和农村发展的瓶颈。全国水能资源蕴藏量为 1 3 7 l l 万k w ，已开发的能源不超过3 9 1 万研，国家农村用电水平很低，且电力在能 源消费中只占很少比例。多数是非商用能源，每年需进口4 万吨柴油供国内需要。全 1 2河海大学博士学位论文：布隆迪共和国微水能资源开发的研究 国电力工业局限在城市而农村地区仍然是严重缺电的。在微型水力发电方面来说，到 目前我国只有1 3 座微型水电站，一共6 3 6k w ，其中最大的n y a k i j a n d a 水电站有1 0 0 k w ，最小的m u r o r e 水电站只有l ok w 。这1 3 座微型水电站都是上世纪6 0 年代国家刚 独立的时侯就建的。可见，虽然国家境内具有丰富的水能资源，迄今微水电开发却